物體在力熱磁電多場作用下折射率變化測量裝置及方法
【專利摘要】物體在力熱磁電多場作用下折射率變化測量裝置及方法，涉及材料科學(xué)、光學(xué)實驗【技術(shù)領(lǐng)域】。該裝置包括背景散斑、力熱磁電加載平臺、抽真空試驗箱、CCD相機及含有計算程序的計算機。該方法利用物體在力熱磁電多場作用下折射率變化測量裝置，將被測物體置于力熱磁電加載平臺上，加力加載、加熱、加磁場和電場，在加載前后用CCD相機透過物體拍攝背景散斑，將拍攝圖像輸入計算機用數(shù)字圖像相關(guān)算法（DIC）計算得到背景散斑的位移場，通過計算可以得到物體的折射率變化分布。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，易于實現(xiàn)，可對物體受力、加熱和外加電磁場作用下的折射率變化作實時在線、全場分布測量。
【專利說明】物體在力熱磁電多場作用下折射率變化測量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用數(shù)字相關(guān)圖像技術(shù)測量物體在力熱磁電多場作用下折射率的變化，屬于材料科學(xué)、光學(xué)實驗【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著光學(xué)材料研究的發(fā)展，用光學(xué)材料制備出的光學(xué)器件在精密制造、探測定位、信息傳感等方面有著廣闊的應(yīng)用前景，而這些光學(xué)器件在工作環(huán)境中受熱、受力和外加電磁場作用，其折射率發(fā)生變化進而對其性能產(chǎn)生影響。
[0003]通常測量光學(xué)材料折射率的光學(xué)方法有臨界角法、最小偏向角法和V棱鏡法，這些光學(xué)方法一般都是點測量，無法獲取光學(xué)材料折射率的全場分布?，F(xiàn)今研究環(huán)境因素如加熱、受力、外加電磁場等因素對光學(xué)材料折射率造成的影響，采用的測量方法基本上是單點測量，沒有考慮實際情況中加熱、受力等環(huán)境影響因素的非均勻性，所以亟待一種多物理場作用下折射率變化的全場非均勻分布測量方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種物體在力熱磁電多場作用下折射率變化測量裝置及方法，該裝置及方法可以對物體隨環(huán)境溫度變化、受力、外加電磁場作用下的全場折射率變化進行測量，同時可以得出物體折射率隨這些環(huán)境因素變化的關(guān)系式。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種物體在力熱磁電多場作用下折射率變化測量裝置，其特征在于:該裝置包括抽真空試驗箱、力熱磁電加載平臺、背景散斑、照明光源、CCD相機及含有計算程序的計算機；被測物體置于力熱磁電加載平臺上，所述的力熱磁電加載平臺、背景散斑、照明光源置于抽真空試驗箱內(nèi)，抽真空試驗箱上方開有觀察窗，力熱磁電加載平臺設(shè)置在觀察窗和背景散斑之間，C⑶相機對準觀察窗并通過數(shù)據(jù)線與計算機相連；所述的背景散斑是人工生成的隨機圖像，所述的被測物體為透明物體。
[0007]所述的力熱磁電加載平臺包括加載力的機械拉伸裝置、加載熱的電加熱裝置、力口載電場的電極和加載磁場的電磁鐵或永磁鐵。
[0008]本發(fā)明提供的物體在力熱磁電多場作用下折射率變化測量方法，該方法包括如下步驟測量物體在力熱磁電多場作用下折射率變化:
[0009]其特征在于該方法包括如下步驟:
[0010]a).將被測物體(7)置于力熱磁電加載平臺上夾持固定，設(shè)定CCD相機與被測物體距離為L，被測物體與背景散斑距離為D，被測物體厚度為B，垂直于厚度方向截面積為S，常溫下的折射率為n。，CXD相機透過被測物體拍攝加載前背景散斑；
[0011]b).用力熱磁電加載平臺(2)對被測物體分別施加力、熱、磁場、電場或同時施加所述幾種加載方式，并記錄加載狀態(tài)應(yīng)力σ、溫度Τ、磁場強度H、電場強度Ε，用CCD相機透過被測物體拍攝加載后背景散斑；[0012]c).將加載前后的背景散斑圖輸入計算機(6)，用數(shù)字圖像相關(guān)方法計算加載前后拍攝的背景散斑位移場(AXtj, Λ Ytj),其中被測物體表面記為OXY平面，背景散斑平面記為0JJ。平面，光線沿被測物體厚度方向垂直物體平面透過被測物體，其中AXyAYtj分別為相機記錄加載前后散斑x、y方向位移，Φχ、分別為光線沿被測物體厚度方向垂直物體表面透過被測物體后的沿x、y方向偏折角，Φχ、Φ,由下式計算:
【權(quán)利要求】
1.物體在力熱磁電多場作用下折射率變化測量裝置，其特征在于:該裝置包括抽真空試驗箱(1)、力熱磁電加載平臺(2)、背景散斑(3)、照明光源(4)、C⑶相機(5)及含有計算程序的計算機(6);被測物體(7)置于力熱磁電加載平臺上(2)，所述的力熱磁電加載平臺(2)、背景散斑(3)、照明光源(4)置于抽真空試驗箱內(nèi)，抽真空試驗箱上方開有觀察窗(la)，力熱磁電加載平臺設(shè)置在觀察窗和背景散斑之間，CCD相機對準觀察窗并通過數(shù)據(jù)線與計算機相連；所述的背景散斑是人工生成的隨機圖像，所述的被測物體為透明物體。
2.按照權(quán)利要求1所述的物體在力熱磁電多場作用下折射率變化測量裝置，其特征在于:所述的力熱磁電加載平臺包括加載力的機械拉伸裝置、加載熱的電加熱裝置、加載電場的電極和加載磁場的電磁鐵。
3.采用如權(quán)利要求1所述裝置的物體在力熱磁電多場作用下折射率變化測量方法，其特征在于該方法包括如下步驟: a).將被測物體(7)置于力熱磁電加載平臺上夾持固定，設(shè)定CCD相機與被測物體距離為L，被測物體與背景散斑距離為D，被測物體厚度為B，垂直于厚度方向截面積為S，常溫下的折射率為n。，CCD相機透過被測物體拍攝加載前背景散斑； b).用力熱磁電加載平臺(2)對被測物體分別施加力、熱、磁場、電場或同時施加所述幾種加載方式，并記錄加載狀態(tài)應(yīng)力σ、溫度Τ、磁場強度H、電場強度Ε，用CCD相機透過被測物體拍攝加載后背景散斑； c).將加載前后的背景散斑圖輸入計算機(6)，用數(shù)字圖像相關(guān)方法計算加載前后拍攝的背景散斑位移場(AXtj, AYtj),其中被測物體表面記為OXY平面，背景散斑平面記為OtjXtX平面，光線沿被測物體厚度方向垂直物體平面透過被測物體，其中AXpAYtj分別為相機記錄加載前后散斑x、y方向位移，Φχ、分別為光線沿被測物體厚度方向垂直物體表面透過被測物體后的沿x、y方向偏折角，Φχ、Φ,由下式計算:
【文檔編號】G01N21/41GK103698299SQ201310610863
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】馮雪, 張長興, 屈哲 申請人:清華大學(xué)