線性調頻多光束雷射外差二次諧波測量楊氏模量的裝置及方法
2024-01-28 22:07:15 1
線性調頻多光束雷射外差二次諧波測量楊氏模量的裝置及方法
【專利摘要】線性調頻多光束雷射外差二次諧波測量楊氏模量的裝置及方法，屬於光學領域。為了解決現有的測量楊氏模量的方法存在誤差大、測量精度低的問題。線性調頻雷射器發出的線性偏振光以入射角θ0斜入射至薄玻璃板，經該薄玻璃板透射之後的光束入射至第一平面反射鏡，該光束在相互平行的薄玻璃板和第一平面反射鏡之間反覆反射和透射多次，獲得多束光，經薄玻璃板和第一平面反射鏡之間反覆反射和透射之後的光束與薄玻璃板前表面的反射光一起通過會聚透鏡匯聚至光電探測器的光敏面上，所述光電探測器輸出電信號給信號處理系統；信號處理系統用於處理數據從而獲取金屬線長度變化前後薄玻璃板和第一平面反射鏡之間的距離。本發明適用於測量楊氏模量。
【專利說明】線性調頻多光束雷射外差二次諧波測量楊氏模量的裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及屬於光學領域。
【背景技術】
[0002]楊氏彈性模量反映了材料形變與內應力的關係，材料受外力作用時必須發生形變，其內部脅強和脅變(即相對形變)的比值稱為楊氏彈性模量，它是表徵固體材料性質的一個重要物理量，是工程技術中機械構件選材時的重要參數。近幾年來，在工程測量技術中，多採用光槓槓法、光纖傳感器法、CCD法、幹涉法、拉伸法和衍射法等，但這些方法間接測量量較多，偶然誤差較大，且需進行大量的數據處理，因此，這些方法的測量精度較低，無法滿足目前高精度測量的要求。
【發明內容】
[0003]本發明目的是為了解決現有的測量楊氏模量的方法存在誤差大、測量精度低的問題，提供了一種線性 調頻多光束雷射外差二次諧波測量楊氏模量的裝置及方法。
[0004]線性調頻多光束雷射外差二次諧波測量楊氏模量的裝置，它包括線性調頻雷射器、薄玻璃板、第一平面反射鏡、待測金屬線、砝碼、會聚透鏡、光電探測器和信號處理系統；
[0005]第一平面反射鏡的非反射面貼在砝碼的底部，且第一平面反射鏡的中心與砝碼的中心同軸；
[0006]待測金屬線的一端固定，待測金屬線的另一端與砝碼的頂端固定連接；
[0007]薄玻璃板與第一平面反射鏡平行；薄玻璃板位於第一平面反射鏡的下方，且薄玻璃板與第一平面反射鏡之間的距離d為30mm ；
[0008]線性調頻雷射器發出的線性偏振光以入射角Θ ^斜入射至薄玻璃板，經該薄玻璃板透射之後的光束入射至第一平面反射鏡，該光束在相互平行的薄玻璃板和第一平面反射鏡之間反覆反射和透射多次，獲得多束光，經薄玻璃板和第一平面反射鏡之間反覆反射和透射之後的光束與薄玻璃板前表面的反射光一起通過會聚透鏡匯聚至光電探測器的光敏面上，所述光電探測器輸出電信號給信號處理系統；信號處理系統用於處理數據從而獲取金屬線長度變化前後薄玻璃板和第一平面反射鏡之間的距離d。
[0009]線性調頻多光束雷射外差二次諧波測量楊氏模量的裝置，它還包括第二平面反射鏡；線性調頻雷射器發出的線性偏振光經第二平面反射鏡反射後，再以入射角Qtl斜入射至薄玻璃板。
[0010]線性調頻多光束 雷射外差二次諧波測量楊氏模量的裝置，信號處理系統包括濾波器、前置放大器、Α/D轉換電路和DSP微處理器；
[0011]濾波器的輸入端與光電探測器的電信號輸出端相連；濾波器的輸出端與前置放大器的輸入端相連；前置放大器的輸出端與Α/D轉換電路的模擬信號輸入端相連;A/D轉換電路的數位訊號輸出端與DSP微處理器的輸入端相連。
[0012]線性調頻多光束雷射外差二次諧波測量楊氏模量的裝置測量楊氏模量的方法，該方法包括以下步驟:
[0013]步驟一、將金屬絲的一端固定，另一端固定在底端貼有第一平面反射鏡的砝碼上，使金屬線處於鉛直方向；
[0014]步驟二、打開線性調頻雷射器，由信號處理系統處理相關數據並得到薄玻璃板和第一平面反射鏡之間的距離d ；
[0015]薄玻璃板和第一平面反射鏡之間的距離的變化量Λ d等於金屬線的伸長量Λ I ；
[0016]步驟三、逐漸增加破碼的質量m,記錄破碼的質量m和金屬線的伸長量Δ1 ；
[0017]步驟四、根據公式
【權利要求】
1.線性調頻多光束雷射外差二次諧波測量楊氏模量的裝置，其特徵在於，它包括線性調頻雷射器(I)、薄玻璃板(3)、第一平面反射鏡(4)、待測金屬線(5)、砝碼(6)、會聚透鏡(7)、光電探測器⑶和信號處理系統； 第一平面反射鏡(4)的非反射面貼在砝碼(6)的底部，且第一平面反射鏡(4)的中心與石去碼(6)的中心同軸； 待測金屬線(5)的一端固定，待測金屬線(5)的另一端與砝碼(5)的頂端固定連接； 薄玻璃板(3)與第一平面反射鏡(4)平行；薄玻璃板(3)位於第一平面反射鏡(4)的下方，且薄玻璃板(3)與第一平面反射鏡(4)之間的距離d為30mm ; 線性調頻雷射器(I)發出的線性偏振光以入射角Θ ^斜入射至薄玻璃板(3)，經該薄玻璃板(3)透射之後的光束入射至第一平面反射鏡(4)，該光束在相互平行的薄玻璃板(3)和第一平面反射鏡(4)之間反覆反射和透射多次，獲得多束光，經薄玻璃板(3)和第一平面反射鏡(4)之間反覆反射和透射之後的光束與薄玻璃板(3)前表面的反射光一起通過會聚透鏡(7)匯聚至光電探測器(8)的光敏面上，所述光電探測器(8)輸出電信號給信號處理系統；信號處理系統用於處理數據從而獲取金屬線(5)長度變化前後薄玻璃板(3)和第一平面反射鏡(4)之間的距離d。
2.根據權利要求1所述線性調頻多光束雷射外差二次諧波測量楊氏模量的裝置，其特徵在於，它還包括第二平面反射鏡(2);線性調頻雷射器(I)發出的線性偏振光經第二平面反射鏡(2)反射後，再以入射角Qtl斜入射至薄玻璃板(3)。
3.根據權利要求1或2所述線性調頻多光束雷射外差二次諧波測量楊氏模量的裝置，其特徵在於，圖像處理系統包括濾波器(9)、前置放大器(10)、A/D轉換電路(11)和DSP微處理器(12)； 濾波器(9)的輸入端與光電探測器⑶的電信號輸出端相連；濾波器(9)的輸出端與前置放大器(10)的輸入端相連；前置放大器(10)的輸出端與A/D轉換電路(11)的模擬信號輸入端相連;A/D轉換電路(11)的數位訊號輸出端與DSP微處理器(12)的輸入端相連。
4.根據權利要求3所述線性調頻多光束雷射外差二次諧波測量楊氏模量的裝置測量楊氏模量的方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟: 步驟一、將金屬絲(5)的一端固定，另一端固定在底端貼有第一平面反射鏡(4)的砝碼(6)上，使金屬線(5)處於鉛直方向； 步驟二、打開線性調頻雷射器(I)，由信號處理系統處理相關數據並得到薄玻璃板(3)和第一平面反射鏡(4)之間的距離d ； 薄玻璃板(3)和第一平面反射鏡(4)之間的距離的變化量△(!等於金屬線(5)的伸長量Δ I ; 步驟三、逐漸增加砝碼(6)的質量m，記錄砝碼的質量m和金屬線(5)的伸長量Al ; 步驟四、根據公式
5.根據權利要求4所述的線性調頻多光束雷射外差二次諧波測量楊氏模量的方法，其特徵在於，步驟二中所述的由信號處理系統處理相關數據並得到薄玻璃板(3)和第一平面反射鏡(4)之間的距離d的獲取方法包括以下步驟: 步驟1、線性調頻雷射器(I)發出線性調頻線偏振光以Qtl角入射至薄玻璃板(3)，該光束在相互平行的薄玻璃板(3)和第一平面反射鏡(4)匯聚至光電探測器(8)的光敏面上；步驟2、獲取入射至光電探測器(8)的光束的總光％E2(t):
Es (t) = E1 (t) +E2 (t) +...+Em (t) +...； 其中=E1U)為光束經薄玻璃板(3)前表面反射後的反射光場,且按公式
【文檔編號】G01B11/16GK103954504SQ201410205997
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月15日 優先權日:2014年5月15日
【發明者】李彥超, 周巍, 劉明亮, 楊九如, 冉玲苓, 高揚, 楊瑞海, 杜軍, 丁群, 王春暉, 馬立峰, 於偉波 申請人:黑龍江大學