線性調(diào)頻多光束激光外差二次諧波測(cè)量楊氏模量的裝置及方法
【專利摘要】線性調(diào)頻多光束激光外差二次諧波測(cè)量楊氏模量的裝置及方法，屬于光學(xué)領(lǐng)域。為了解決現(xiàn)有的測(cè)量楊氏模量的方法存在誤差大、測(cè)量精度低的問題。線性調(diào)頻激光器發(fā)出的線性偏振光以入射角θ0斜入射至薄玻璃板，經(jīng)該薄玻璃板透射之后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復(fù)反射和透射多次，獲得多束光，經(jīng)薄玻璃板和第一平面反射鏡之間反復(fù)反射和透射之后的光束與薄玻璃板前表面的反射光一起通過會(huì)聚透鏡匯聚至光電探測(cè)器的光敏面上，所述光電探測(cè)器輸出電信號(hào)給信號(hào)處理系統(tǒng)；信號(hào)處理系統(tǒng)用于處理數(shù)據(jù)從而獲取金屬線長(zhǎng)度變化前后薄玻璃板和第一平面反射鏡之間的距離。本發(fā)明適用于測(cè)量楊氏模量。
【專利說明】線性調(diào)頻多光束激光外差二次諧波測(cè)量楊氏模量的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及屬于光學(xué)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]楊氏彈性模量反映了材料形變與內(nèi)應(yīng)力的關(guān)系，材料受外力作用時(shí)必須發(fā)生形變，其內(nèi)部脅強(qiáng)和脅變(即相對(duì)形變)的比值稱為楊氏彈性模量，它是表征固體材料性質(zhì)的一個(gè)重要物理量，是工程技術(shù)中機(jī)械構(gòu)件選材時(shí)的重要參數(shù)。近幾年來，在工程測(cè)量技術(shù)中，多采用光杠杠法、光纖傳感器法、CCD法、干涉法、拉伸法和衍射法等，但這些方法間接測(cè)量量較多，偶然誤差較大，且需進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)處理，因此，這些方法的測(cè)量精度較低，無法滿足目前高精度測(cè)量的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有的測(cè)量楊氏模量的方法存在誤差大、測(cè)量精度低的問題，提供了一種線性 調(diào)頻多光束激光外差二次諧波測(cè)量楊氏模量的裝置及方法。
[0004]線性調(diào)頻多光束激光外差二次諧波測(cè)量楊氏模量的裝置，它包括線性調(diào)頻激光器、薄玻璃板、第一平面反射鏡、待測(cè)金屬線、砝碼、會(huì)聚透鏡、光電探測(cè)器和信號(hào)處理系統(tǒng)；
[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(cè)金屬線的一端固定，待測(cè)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；薄玻璃板位于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(diào)頻激光器發(fā)出的線性偏振光以入射角Θ ^斜入射至薄玻璃板，經(jīng)該薄玻璃板透射之后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復(fù)反射和透射多次，獲得多束光，經(jīng)薄玻璃板和第一平面反射鏡之間反復(fù)反射和透射之后的光束與薄玻璃板前表面的反射光一起通過會(huì)聚透鏡匯聚至光電探測(cè)器的光敏面上，所述光電探測(cè)器輸出電信號(hào)給信號(hào)處理系統(tǒng)；信號(hào)處理系統(tǒng)用于處理數(shù)據(jù)從而獲取金屬線長(zhǎng)度變化前后薄玻璃板和第一平面反射鏡之間的距離d。
[0009]線性調(diào)頻多光束激光外差二次諧波測(cè)量楊氏模量的裝置，它還包括第二平面反射鏡；線性調(diào)頻激光器發(fā)出的線性偏振光經(jīng)第二平面反射鏡反射后，再以入射角Qtl斜入射至薄玻璃板。
[0010]線性調(diào)頻多光束 激光外差二次諧波測(cè)量楊氏模量的裝置，信號(hào)處理系統(tǒng)包括濾波器、前置放大器、Α/D轉(zhuǎn)換電路和DSP微處理器；
[0011]濾波器的輸入端與光電探測(cè)器的電信號(hào)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(zhuǎn)換電路的模擬信號(hào)輸入端相連;A/D轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字信號(hào)輸出端與DSP微處理器的輸入端相連。
[0012]線性調(diào)頻多光束激光外差二次諧波測(cè)量楊氏模量的裝置測(cè)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，使金屬線處于鉛直方向；
[0014]步驟二、打開線性調(diào)頻激光器，由信號(hào)處理系統(tǒng)處理相關(guān)數(shù)據(jù)并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等于金屬線的伸長(zhǎng)量Λ I ；
[0016]步驟三、逐漸增加破碼的質(zhì)量m,記錄破碼的質(zhì)量m和金屬線的伸長(zhǎng)量Δ1 ；
[0017]步驟四、根據(jù)公式
【權(quán)利要求】
1.線性調(diào)頻多光束激光外差二次諧波測(cè)量楊氏模量的裝置，其特征在于，它包括線性調(diào)頻激光器(I)、薄玻璃板(3)、第一平面反射鏡(4)、待測(cè)金屬線(5)、砝碼(6)、會(huì)聚透鏡(7)、光電探測(cè)器⑶和信號(hào)處理系統(tǒng)； 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(cè)金屬線(5)的一端固定，待測(cè)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)位于第一平面反射鏡(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(diào)頻激光器(I)發(fā)出的線性偏振光以入射角Θ ^斜入射至薄玻璃板(3)，經(jīng)該薄玻璃板(3)透射之后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)之間反復(fù)反射和透射多次，獲得多束光，經(jīng)薄玻璃板(3)和第一平面反射鏡(4)之間反復(fù)反射和透射之后的光束與薄玻璃板(3)前表面的反射光一起通過會(huì)聚透鏡(7)匯聚至光電探測(cè)器(8)的光敏面上，所述光電探測(cè)器(8)輸出電信號(hào)給信號(hào)處理系統(tǒng)；信號(hào)處理系統(tǒng)用于處理數(shù)據(jù)從而獲取金屬線(5)長(zhǎng)度變化前后薄玻璃板(3)和第一平面反射鏡(4)之間的距離d。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述線性調(diào)頻多光束激光外差二次諧波測(cè)量楊氏模量的裝置，其特征在于，它還包括第二平面反射鏡(2);線性調(diào)頻激光器(I)發(fā)出的線性偏振光經(jīng)第二平面反射鏡(2)反射后，再以入射角Qtl斜入射至薄玻璃板(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述線性調(diào)頻多光束激光外差二次諧波測(cè)量楊氏模量的裝置，其特征在于，圖像處理系統(tǒng)包括濾波器(9)、前置放大器(10)、A/D轉(zhuǎn)換電路(11)和DSP微處理器(12)； 濾波器(9)的輸入端與光電探測(cè)器⑶的電信號(hào)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(zhuǎn)換電路(11)的模擬信號(hào)輸入端相連;A/D轉(zhuǎn)換電路(11)的數(shù)字信號(hào)輸出端與DSP微處理器(12)的輸入端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述線性調(diào)頻多光束激光外差二次諧波測(cè)量楊氏模量的裝置測(cè)量楊氏模量的方法，其特征在于，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)處于鉛直方向； 步驟二、打開線性調(diào)頻激光器(I)，由信號(hào)處理系統(tǒng)處理相關(guān)數(shù)據(jù)并得到薄玻璃板(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△(!等于金屬線(5)的伸長(zhǎng)量Δ I ; 步驟三、逐漸增加砝碼(6)的質(zhì)量m，記錄砝碼的質(zhì)量m和金屬線(5)的伸長(zhǎng)量Al ; 步驟四、根據(jù)公式
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的線性調(diào)頻多光束激光外差二次諧波測(cè)量楊氏模量的方法，其特征在于，步驟二中所述的由信號(hào)處理系統(tǒng)處理相關(guān)數(shù)據(jù)并得到薄玻璃板(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(diào)頻激光器(I)發(fā)出線性調(diào)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(cè)器(8)的光敏面上；步驟2、獲取入射至光電探測(cè)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(jīng)薄玻璃板(3)前表面反射后的反射光場(chǎng),且按公式
【文檔編號(hào)】G01B11/16GK103954504SQ201410205997
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月15日
【發(fā)明者】李彥超, 周巍, 劉明亮, 楊九如, 冉玲苓, 高揚(yáng), 楊瑞海, 杜軍, 丁群, 王春暉, 馬立峰, 于偉波 申請(qǐng)人:黑龍江大學(xué)