線性調頻多光束雷射外差測量楊氏模量的裝置及測量方法
2024-01-28 20:57:15
線性調頻多光束雷射外差測量楊氏模量的裝置及測量方法
【專利摘要】線性調頻多光束雷射外差測量楊氏模量的裝置及測量方法，涉及一種測量楊氏模量的裝置及測量方法。它是為了解決現有測量楊氏彈性模量的方法間接測量量多、數據處理複雜導致測量精度低的問題。本發明利用線性調頻技術將待測參數信息調製到外差信號中，通過對雷射外差的解調可以精確獲得待測參數信息。在測量樣品線膨脹係數過程中，此方法在頻域同時得到了包含金屬長度變化量的信息的多個頻率值，信號解調後得到多個長度變化量，通過加權平均可以得到精確的樣品長度隨溫度的變化量。以碳鋼絲為例進行仿真實驗，楊氏模量測量的相對誤差僅為0.09％，顯著提高了測量精度。本發明適用於一種測量楊氏模量的裝置及測量方法。
【專利說明】線性調頻多光束雷射外差測量楊氏模量的裝置及測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種測量楊氏模量的裝置及測量方法。
【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]本發明是為了解決現有測量楊氏彈性模量的方法間接測量量多、數據處理複雜導致測量精度低的問題，從而提供了一種線性調頻多光束雷射外差測量楊氏模量的裝置及測
量方法。
[0004]線性調頻多光束雷射外差測量楊氏模量的裝置，它包括線性調頻雷射器1、第一平面反射鏡2、薄玻璃板3、第二平面反射鏡4、砝碼5、金屬絲6、會聚透鏡7、光電探測器8、濾波器9、放大器10、A/D轉換電路11和DSP12 ；
[0005]金屬絲6的一端固定在支架上,金屬絲6的另一端固定連接破碼5,所述破碼5的底部貼有第二平面反射鏡4，所述第二平面反射鏡4下方平行放置有薄玻璃板3且有間距；
[0006]線性調頻雷射器I發射出的雷射經第一平面反射鏡2反射至薄玻璃板3的下表面，經薄玻璃板3分成一號反射光和透射光，所述透射光入射至第二平面反射鏡4的下表面，該第二平面反射鏡4的下表面與薄玻璃板3將該透射光多次反射後獲得多束二號反射光，該多束二號反射光經薄玻璃板3透射後，與一號反射光先後入射至會聚透鏡7，並所述會聚透鏡7會聚至光電探測器8的光敏面上，所述光電探測器8的電信號輸出端連接濾波器9的電信號輸入端,所述濾波器9的電信號輸出端連接放大器10的電信號輸入端,所述放大器10的電信號輸出端連接Α/D轉換電路11的電信號輸入端,所述Α/D轉換電路11的電信號輸出端連接DSP12的電信號輸入端。
[0007]線性調頻多光束雷射外差測量楊氏模量的裝置的楊氏模量測量方法，該測量方法的具體過程為:
[0008]步驟一、將金屬絲6的上端固定在支架上，下端固定砝碼5，將第二平面反射鏡4的上表面貼固在破碼5的下表面上；
[0009]步驟二、當貼有第二平面反射鏡4的砝碼5穩定且使金屬絲6處於鉛直方向時，將薄玻璃板3置於第二平面反射鏡4前30_處，利用二維調整架調節薄玻璃板3，使薄玻璃板3與第二平面反射鏡4平行；
[0010]步驟三、打開線性調頻雷射器1，使線性調頻雷射器I發出的雷射以Qtl角為入射角入射至薄玻璃板3 ；
[0011]步驟四、獲取入射至光電探測器8的雷射束的總光場ΕΣα):
[0012]
【權利要求】
1.線性調頻多光束雷射外差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)、第一平面反射鏡(2)、薄玻璃板(3)、第二平面反射鏡(4)、砝碼(5)、金屬絲(6)、會聚透鏡(7)、光電探測器(8)、濾波器(9)、放大器(10)、A/D轉換電路(11) DSP(12)； 金屬絲出)的一端固定在支架上，金屬絲(6)的另一端固定連接砝碼(5)，所述砝碼(5)的底部貼有第二平面反射鏡(4)，所述第二平面反射鏡(4)下方平行放置有薄玻璃板(3)且有間距； 線性調頻雷射器(I)發射出的雷射經第一平面反射鏡(2)反射至薄玻璃板(3)的下表面，經薄玻璃板(3)分成一號反射光和透射光，所述透射光入射至第二平面反射鏡(4)的下表面，該第二平面反射鏡(4)的下表面與薄玻璃板(3)將該透射光多次反射後獲得多束二號反射光，該多束二號反射光經薄玻璃板(3)透射後，與一號反射光先後入射至會聚透鏡(7)，並所述會聚透鏡(7)會聚至光電探測器(8)的光敏面上，所述光電探測器(8)的電信號輸出端連接濾波器(9)的電信號輸入端，所述濾波器(9)的電信號輸出端連接放大器(10)的電信號輸入端，所述放大器(10)的電信號輸出端連接Α/D轉換電路(11)的電信號輸入端，所述Α/D轉換電路(11)的電信號輸出端連接DSP(12)的電信號輸入端。
2.根據權利要求1所述的線性調頻多光束雷射外差測量楊氏模量的裝置，其特徵在於:第二平面反射鏡(4)與薄玻璃板(3)的平行間距為30mm。
3.根據權利要求1所述的線性調頻多光束雷射外差測量楊氏模量的裝置，其特徵在於:金屬絲(6)的長度為Im,直徑大於0.25mm且小於1mm。
4.基於權利要求1的線性調頻多光束雷射外差測量楊氏模量的裝置的楊氏模量測量方法，其特徵在於:該測量方法的具體過程為: 步驟一、將金屬絲(6)的上端固定在支架上，下端固定砝碼(5)，將第二平面反射鏡(4)的上表面貼固在破碼(5)的下表面上； 步驟二、當貼有第二平面反射鏡(4)的砝碼(5)穩定且使金屬絲(6)處於鉛直方向時，將薄玻璃板(3)置於第二平面反射鏡(4)前30_處，利用二維調整架調節薄玻璃板(3)，使薄玻璃板(3)與第二平面反射鏡(4)平行； 步驟三、打開線性調頻雷射器(I)，使線性調頻雷射器(I)發出的雷射以Qtl角為入射角入射至薄玻璃板(3)； 步驟四、獲取入射至光電探測器(8)的雷射束的總光場E2(t):
Es (t) = E1 (t) +E2 (t) +...+Em (t) +...； 其中=E1 (t)為雷射束經薄玻璃板(3)下表面反射後的反射光場,且按公式
【文檔編號】G01N3/06GK103940677SQ201410206060
【公開日】2014年7月23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