专利名称：纳米精度金属线胀系数测量系统的制作方法
纳米精度金属线胀系数测量系统技术领域
本发明属于金属热膨胀测量技术领域，，具体涉及金属线胀系数高精度测量系统及方法。
背景技术：
“热胀冷缩”是许多物体都具有的特性，是由于物体内部分子热运动加剧或减弱从而使物质分子平均艰巨变大或变小造成的，热膨胀虽然不大，但可以产生很大的应力。因此，在工程设计，机械制造，材料加工等过程中都要充分考虑。一般情况，固体在各个方向上的膨胀规律相同，因此可以用固体在一个方向上的线膨胀规律来表征它的体膨胀。国内现有的检测方法一般是通过千分尺、传统的光杠杆等工具进行目测，这些方法不仅效率低，而且误差大。本方明提出一种基于光杠杆原理和PSD位置敏感传感器的固体材料线胀系数测量方法，该系统对微小位移进行多级放大，利用NI公司的LabVIEW图形编程环境进行软件开发，界面简洁，易于操作。实验结果表明，与传统检测方法相比，该方法检测速度快、精度高、可靠性强。实验系统对黄铜、实验用铁、实验用铝和紫铜的线胀系数进行了测量，重复测量精度达到纳米数量级。发明内容
本发明的目的是提供一种精确测量金属线胀系数测量系统，能对固体材料的线胀系数进行精确地测量，为研究固体材料的性能提供科学依据。
本发明的技术方案如下
一种纳米精度金属线胀系数测量系统，包括光杠杆测微系统、温度控制系统和温度采集系统以及虚拟平台，其特征在于
所述温度采集系统包括热电偶和信号调理板，通过所述热电偶检测被测金属的温度信号，信号调理板的输入端与所述热电偶输出端相连，将热电偶所检测的温度信号进行放大；所述信号调理板的输出端连接数据采集卡的输入端；
通过光杠杆测微系统测量被测金属的位移伸长量信号，所述光杠杆测微系统的输出端与信号处理电路的输入端相连，所述信号处理电路的输出端与数据采集卡的输入端相连，所述信号处理电路将抑制光杠杆测微系统中PSD位置敏感传感器背景光和暗电流的影响，对位移伸长量信号进行滤波和放大，处理后的位移伸长量电信号上送至所述数据采集卡；
所述数据采集卡将采集的待测金属的所述位移伸长量信号、待测金属的温度信号上传至虚拟平台，在所述虚拟平台中根据待测金属的温度和位移伸长量进行金属线胀系数计算；
所述虚拟平台还通过所述数据采集卡向所述温度控制系统发送控制信号，通过所述温度控制系统中的可控硅触发板接收该控制信号，控制控制可控硅的导通和截止进而控制待测金属的加热温度。
进一步，本发明的所述虚拟平台优选包括信号采集显示模块、数据保存、PID调节模块、数据处理模块。所述信号采集显示模块包括位移信号采集显示模块、温度信号采集显示模块，信号采集显示模块的输入端与信号采集卡PCL-1716的的输出端相连，信号采集显示模块的输出端与数据保存及PID调节模块的输入端相连，数据保存的输出端与数据处理模块的输入端相连，PID调节模块的输出端通过所述数据采集卡与温控系统的输入端相连。
PID调节模块的功能是系统温度的设定与准确控制。数据采集显示模块实现温度信号和微小伸长量的采集与适时显示，它得到的当前温度值可调用到PID控制模块，以实现温度的反馈，通过该模块可以直观看到温度和位移的变化规律。数据处理模块的功能是提取保存的温度、位移数据运用最小二乘法进行线性拟合求得位移随温度的变化率，最后再求出物体的膨胀系数。
本发明有如下优点能设定和控制待测金属材料的温度，并对金属材料的线胀系数进行高精度的测定，检测速度快、精度非常高、可靠性强、形象直观，操作简单。
图1是本发明的光杠杆测微系统原理图2是本发明的PSD测量原理图3是本发明的测量系统方框图4是本发明的虚拟平台系统方框图5是本发明的工作中的虚拟仪器界面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。固体的长度一般随温度的升高而增加，设固体的温度由t变化到t+dt时，其长度由L变化到L+dl，当温度变化dt足够小时，长度微小变化量dL与温度变化dt及原长L成正比，即
权利要求
1.一种纳米精度金属线胀系数测量系统，包括光杠杆测微系统、温度控制系统和温度采集系统以及虚拟平台，其特征在于所述温度采集系统包括热电偶和信号调理板，通过所述热电偶检测被测金属的温度信号，信号调理板的输入端与所述热电偶输出端相连，将热电偶所检测的温度信号进行放大； 所述信号调理板的输出端连接数据采集卡的输入端；通过光杠杆测微系统测量被测金属的位移伸长量信号，所述光杠杆测微系统的输出端与信号处理电路的输入端相连，所述信号处理电路的输出端与数据采集卡的输入端相连， 所述信号处理电路将抑制光杠杆测微系统中PSD位置敏感传感器背景光和暗电流的影响， 对位移伸长量信号进行滤波和放大，处理后的位移伸长量电信号上送至所述数据采集卡；所述数据采集卡将采集的待测金属的所述位移伸长量信号、待测金属的温度信号上传至虚拟平台，在所述虚拟平台中根据待测金属的温度和位移伸长量进行金属线胀系数计算；所述虚拟平台还通过所述数据采集卡向所述温度控制系统发送控制信号，通过所述温度控制系统中的可控硅触发板接收该控制信号，控制控制可控硅的导通和截止进而控制待测金属的加热温度。
2.根据权利要求1所述的纳米精度金属线胀系数测量系统，其特征在于模块的输出端相连，所述虚拟平台包括信号采集显示模块、数据保存模块、PID调节模块、数据处理模块；其中所述信号采集显示模块包括位移信号采集显示模块、温度信号采集显示模块，所述位移信号采集显示模块的输入端、温度信号采集显示模块的输入端均与所述数据采集卡输出端相连，所述温度信号采集显示模块的输出端分别连接至数据保存模块和PID调节模块的输入端，所述位移信号采集显示模块的输出端连接至数据保存模块，数据处理模块的输入端与数据保存模块的输出端相连，数据处理模块将接收到的数据进行计算分析，得到待测金属的线胀系数，PID调节模块的输出端通过所述数据采集卡与温控系统的输入端相连，以实现温度的反馈。
3.根据权利要求1所述的纳米精度金属线胀系数测量系统，其特征在于 所述数据采集卡为PCL-1716。
4.根据权利要求1所述的纳米精度金属线胀系数测量系统，其特征在于所述信号调理板可扩充模拟量输入通道，集成用于热电偶测量的冷端补偿电路，同时实现对信号放大及热电偶信号的调理。
5.根据权利要求1所述的纳米精度金属线胀系数测量系统，其特征在于所述光杠杆测微系统包括平行放置的第一平面镜(Ml)和第二平面镜(M2)、位置敏感传感器PSD，其中所述第二平面镜(M2)下端固定，所述第一平面镜(Ml)下端一侧设置在光杆的前端上方，该光杆前端下方通过前支点固定在固定支架上，光杆的后端为自由端，后端下方后端支点与待测金属相连，所述位置敏感传感器PSD将由于待测金属位移变化导致的光位移信号转换为电信号输入至所述信号处理电路。
全文摘要
本发明涉及一种纳米精度金属线胀系数测量系统，包括光杠杆测微系统、温度控制系统和温度采集系统以及虚拟平台。光杠杆测微系统包括平行放置的第一平面镜(M1)和第二平面镜(M2)、位置敏感传感器PSD；温度采集系统包括热电偶和信号调理板；温度控制系统通过所述温度控制系统中的可控硅触发板接收该控制信号，控制控制可控硅的导通和截止进而控制待测金属的加热温度；虚拟平台包括位移信号采集模块、温度信号采集模块、PID调节模块、数据处理模块。本系统能设定和精确控制待测金属材料的温度，并对金属材料的线胀系数进行高精度地测定，检测速度快、精度非常高、可靠性强、形象直观，操作简单。
文档编号G01N25/16GK102495099SQ20111042431
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月16日 优先权日2011年12月16日
发明者谭兴文 申请人:西南大学