物體長度微小變化精細(xì)測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種物體長度微小伸縮量測量裝置，尤其指一種物體長度微小變化精細(xì)測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]物體受熱或其他原因要發(fā)生微小的膨脹或收縮，使得物體長度發(fā)生微小變化。物體長度微小變化測量裝置現(xiàn)有技術(shù)中常見的有游標(biāo)卡尺和千分尺(或稱螺旋測微計(jì))，這兩種測量裝置精度較低，使用也不方便。使用方便并且精度高的有物體線膨脹系數(shù)測量儀，它可對物體的熱脹伸長量做出靈敏度較高的定量測量。2011年9月北京航空航天大學(xué)出版社出版的《大學(xué)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)》(書號為ISBN978-7-5124-0474-8，)一書的146-149頁就公開了一種現(xiàn)有技術(shù)的金屬線膨脹系數(shù)實(shí)驗(yàn)儀，其結(jié)構(gòu)主是從銅套管外面用電熱件加熱銅套管，使得銅套管內(nèi)部溫度升高，銅套管內(nèi)有防止被測金屬桿(或稱被測材料)彎曲的導(dǎo)向塊，被測金屬桿就穿過導(dǎo)向塊置于銅套管內(nèi)，且溫度隨著銅套管內(nèi)的氣溫同步上升，被測金屬桿就伸長，而銅套管一端頂在頂尖上不能動(dòng)了，其另一端伸長量通過頂桿傳遞給機(jī)械千分表而讀出。但是，這種測量儀器還是基于千分尺的，其測量靈敏度和精度與千分尺相同，檢測靈敏度和檢測精度也比較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種測量靈敏度和測量精度很高的物體長度微小變化精細(xì)測量裝置，它具有使用方便，檢測靈敏度遠(yuǎn)超過現(xiàn)有技術(shù)中的線脹系數(shù)測量儀的特性。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明把裝置的基礎(chǔ)底座，也即第一底板I與第二底板19相互緊固。對待測物4起定位作用的豎向支架板2固定在第一底板I的外端頭，豎向支架板2帶有豎向定位螺桿3。套筒支架板15的下端固定在第一底板I上。套筒支架板15的上端安裝有頂針套筒8，頂針9穿過頂針套筒8。頂針9的直徑稍小于頂針套筒8的孔徑，可使得頂針9在頂針套筒8內(nèi)自由軸向活動(dòng)但橫向被限位。反射鏡11固定在轉(zhuǎn)軸10上。轉(zhuǎn)軸10的下端插入第一底板I上的小孔，轉(zhuǎn)軸10的直徑比第一底板I上的小孔稍大，可使得轉(zhuǎn)軸10在第一底板I上的小孔內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)但是不能橫向平動(dòng)。壓簧12的兩端分別與反射鏡11和壓簧架13固定。激光器14、第一狹縫位置調(diào)節(jié)器20、第二狹縫位置調(diào)節(jié)器21都安裝在第二底板19上。第一狹縫16、第二狹縫17分別安裝在第一狹縫位置調(diào)節(jié)器20和第二狹縫位置調(diào)節(jié)器21上，光強(qiáng)檢測器18安裝在第二狹縫位置調(diào)節(jié)器21上。
[0005]在第一底板I的側(cè)面還固定有橫向支架板7，橫向支架板7帶有橫向定位螺桿5，橫向支架板7還帶有定位壓簧6。待測物4置于豎向定位螺桿3和頂針9之間，兩側(cè)還有橫向定位螺桿5及定位壓簧6的夾持。
[0006]由于本發(fā)明把帶測物4由于溫度等原因引起的長度的變化，變成反射鏡11轉(zhuǎn)角的變化，而激光器14發(fā)出的激光束打在反射鏡11上的反射激光束轉(zhuǎn)角成兩倍的變化，這就把檢測靈敏度提高了一倍；反射激光束進(jìn)入第一狹縫16而發(fā)生的衍射，又把這種變化放大；另外，第二狹縫17對衍射光的條紋的精細(xì)選擇性射入，又進(jìn)一步提高了測量靈敏度和精度，這三種因素累積的結(jié)果，就產(chǎn)生了機(jī)械位移的光放大效應(yīng)。由于本發(fā)明的機(jī)械測量是基于千分尺的，再加上本發(fā)明獨(dú)特的光放大，就可使得物體長度微小變化的測量靈敏度和精度比僅僅基于千分尺的物體線膨脹系數(shù)測量儀有顯著提高。
【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理俯視示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008]參見附圖1。第一底板I與第二底板19相互用螺絲緊固構(gòu)成基礎(chǔ)底座，也是調(diào)節(jié)和測量的基礎(chǔ)平臺。對待測物體起間接定位作用的豎向支架板2固定在第一底板I的外端頭。豎向支架板2帶有豎向定位螺桿3，這樣就可保證測量不同長度的待測物4。套筒支架板15的下端固定在第一底板I上，套筒支架板15的上端安裝有頂針套筒8，頂針9穿過頂針套筒8。頂針9的直徑小于頂針套筒8的孔徑，可使得頂針9在頂針套筒8內(nèi)自由軸向活動(dòng)但橫向被限位，以確保頂針9只沿著待測物4的膨脹方向移動(dòng)，保證測量精度。反射鏡11固定在轉(zhuǎn)軸10上，固定方式可以為粘接的。轉(zhuǎn)軸10位于反射鏡11的左右中心部位。轉(zhuǎn)軸10的下端插入第一底板I上的小孔。轉(zhuǎn)軸10的直徑比第一底板I上的小孔稍大，可使得轉(zhuǎn)軸10在第一底板I上的小孔內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)但是不能橫向平動(dòng)。該小孔與轉(zhuǎn)軸10之間可用沒有橫向晃動(dòng)的銅套軸承結(jié)構(gòu)，這也是為了確保測量精度。壓簧12的兩端分別與反射鏡11和壓簧架13固定。壓簧12可確保反射鏡11始終貼在頂針上。激光器14、第一狹縫位置調(diào)節(jié)器20、第二狹縫位置調(diào)節(jié)器21都安裝在第二底板19上。第一狹縫16、第二狹縫17分別安裝在第一狹縫位置調(diào)節(jié)器20和第二狹縫位置調(diào)節(jié)器21上。光強(qiáng)檢測器18安裝在第二狹縫位置調(diào)節(jié)器21上。第一狹縫位置調(diào)節(jié)器20、第二狹縫位置調(diào)節(jié)器21都可由現(xiàn)有技術(shù)中的螺旋測微計(jì)與可動(dòng)平臺組合而成。
[0009]為了待測物4的橫向定位，在第一底板I的側(cè)面還固定有橫向支架板7(左右各一個(gè))。左側(cè)的橫向支架板7帶有橫向定位螺桿5，右側(cè)的的橫向支架板7還帶有定位壓簧6，這樣就可以保證不同直徑的待測物4放入其中測量。待測物4置于豎向定位螺桿3和頂針9之間，兩側(cè)還有橫向定位螺桿5及定位壓簧6的夾持。
[0010]待測物4的長度微小變化的測量過程如下:轉(zhuǎn)軸10到頂針9與反射鏡11的接觸點(diǎn)之間的距離為X。激光器14發(fā)出的激光束打在反射鏡11上，經(jīng)過反射鏡11反射后反射激光束沿著帶箭頭的點(diǎn)劃線方向打在第一狹縫16上(如果沒打在其上，可調(diào)節(jié)第一狹縫位置調(diào)節(jié)器20使其打上);再調(diào)節(jié)第二狹縫位置調(diào)節(jié)器21，使得第一級衍射暗紋(因第一級衍射暗紋最細(xì)，有利于提高檢測精度)進(jìn)入第二狹縫17，再仔細(xì)調(diào)節(jié)之，使得光強(qiáng)檢測器18讀數(shù)最小。然后設(shè)法使待測物4發(fā)生伸長量ΛΥ(比如溫度升高引起的微小伸長)，這時(shí)，將導(dǎo)致反射鏡11以轉(zhuǎn)軸10為轉(zhuǎn)軸，發(fā)生順時(shí)針轉(zhuǎn)角Θ/2，而反射激光束(圖中實(shí)的帶箭頭的光線正好對準(zhǔn)第一狹縫16的那條)則轉(zhuǎn)過角度為Θ，也即進(jìn)行了第一次光放大(角度變化增加了一倍)，當(dāng)然要重新調(diào)整第一狹縫位置調(diào)節(jié)器20，使得第一狹縫16重新處在反射激光束(實(shí)線的)位置，同時(shí)也要調(diào)節(jié)第二狹縫位置調(diào)節(jié)器21，使得第一級衍射暗紋進(jìn)入第二狹縫17，再仔細(xì)調(diào)節(jié)之，使得光強(qiáng)檢測器18讀數(shù)再次最小。這兩次變化中，第一狹縫位置調(diào)節(jié)器20的位置之差(也即其上的螺旋測微計(jì)的兩次讀數(shù)之差)就是待測物4伸長Λ Y引起的反射光在第一狹縫平面處的位移Α。當(dāng)待測物4發(fā)生伸長量△ Y變化微小時(shí)，待測物4的伸長量ΛΥ與其引起的反射光在第一狹縫16平面處的位移A成線性正比關(guān)系，也即AY=kA，其中k為與各部件相對距離及轉(zhuǎn)軸10到頂針9與反射鏡11的接觸點(diǎn)之間的距離X相關(guān)的常數(shù)。k可用實(shí)驗(yàn)定標(biāo)的方法得到，也可由幾何光學(xué)理論推導(dǎo)出:k=X/2F，式中F為反射光從反射鏡11的反射點(diǎn)到第一狹縫16平面處的距離。也即得到公式:ΔΥ= (X/2F).Ao要注意，在測量過程中，第一狹縫16的狹縫寬度必須保持不變，因此，衍射圖樣只是隨反射光線的方向變化作整體平移。
[0011]可見用上述方法就可以通過反射光穿過第一狹縫兩次位置的變化，來精確測量待測物4的伸長量△ Y，比單用螺旋測微計(jì)及其相應(yīng)儀器來測量，檢測靈敏度和測量精度有顯著提高。由于激光束不夠細(xì)，如直接測量激光束的位置變化來測量會(huì)有較大誤差，但讓反射后的激光進(jìn)行單縫衍射后，通過精確測量衍射條紋的位置變化，就可達(dá)到精確測量待測物4的微小長度變化△ Y的目的。
[0012]本發(fā)明的激光器可用小型半導(dǎo)體激光器，各個(gè)機(jī)械部件可用硬質(zhì)塑料或者金屬制造，光強(qiáng)檢測器18可用靈敏度很高的光電倍增管或者光電二極管再配合帶放大器的電流表組合顯示，或者直接用物理實(shí)驗(yàn)用的光強(qiáng)分布測量儀代替。本發(fā)明還可再增加一個(gè)外殼，各個(gè)操作位置留出操作空間并且?guī)€(gè)可開關(guān)的蓋子，用時(shí)打開，不用時(shí)關(guān)閉。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種物體長度微小變化精細(xì)測量裝置，第一底板(I)與第二底板(19)相互緊固，其特征是豎向支架板(2)固定在第一底板(I)的外端頭，豎向支架板(2)帶有豎向定位螺桿(3)，套筒支架板(15)的下端固定在第一底板(I)上，套筒支架板(15)的上端安裝有頂針套筒(8)，頂針(9)穿過頂針套筒(8)，頂針(9)的直徑小于頂針套筒(8)的孔徑，反射鏡(11)固定在轉(zhuǎn)軸(10)上，轉(zhuǎn)軸(10)的下端插入第一底板(I)上的小孔，壓簧(12)的兩端分別與反射鏡(11)和壓簧架(13)固定，激光器(14)、第一狹縫位置調(diào)節(jié)器(20)、第二狹縫位置調(diào)節(jié)器(21)都安裝在第二底板(19)上，第一狹縫(16)、第二狹縫(17)分別安裝在第一狹縫位置調(diào)節(jié)器(20)和第二狹縫位置調(diào)節(jié)器(21)上，光強(qiáng)檢測器(18)安裝在第二狹縫位置調(diào)節(jié)器(21)上。2.按權(quán)利要求1所述的物體長度微小變化精細(xì)測量裝置，其特征是在第一底板(I)的側(cè)面還固定有橫向支架板(7)，橫向支架板(7)帶有橫向定位螺桿(5)，橫向支架板(7 )還帶有定位壓簧(6)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種物體長度微小變化精細(xì)測量裝置。它是在第一底板1與第二底板19相互緊固形成的底座上，安裝豎向定位螺桿3、頂針套筒8和頂針9等。待測物4放在豎向定位螺桿3和頂針9之間。反射鏡11固定在轉(zhuǎn)軸10上。激光器14、第一狹縫位置調(diào)節(jié)器20、第二狹縫位置調(diào)節(jié)器21都安裝在第二底板19上，第一狹縫16、第二狹縫17分別安裝在第一狹縫位置調(diào)節(jié)器20和第二狹縫位置調(diào)節(jié)器21上，光強(qiáng)檢測器18安裝在第二狹縫位置調(diào)節(jié)器21上。利用上述反射鏡11和第一狹縫16的單縫衍射兩級光放大效應(yīng)，就可以得到比單純基于螺旋測微計(jì)測量精度的公知的線脹系數(shù)測量儀的測量精度有顯著提高。本發(fā)明可用于高精度的測量物體的微小位移。
【IPC分類】G01B11/02
【公開號】CN104990507
【申請?zhí)枴緾N201510403498
【發(fā)明人】鄒艷, 趙杰
【申請人】趙杰
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年7月11日