一种基于平行平板的光杠杆位移测量装置的制作方法

本实用新型属于测量技术领域，特别是一种基于平行平板的光杠杆测量装置。

背景技术：

光杠杆是一种常用的微小位移、角度常用的光学放大装置。中国专利2896220Y公布了一种激光测量微小长度的光杠杆装置，该装置主体结构为“T”形支架，支架上方安装有激光器，支架下方为3个成“T”字分布的足尖，该装置能够测量微小角度，结构简单，操作方便。但是将激光器安装在支架上会增加支架的载荷，不利于对激光器进行调节，对测量造成一定影响。中国专利104865135A利用常见的光杠杆即光杠杆上放置反射镜的形式来测量金属丝杨氏模量，这种方法通过光杠杆反射的光线在标尺上的放大达到了可见度很大的测量效果，但是这种装置对标尺的要求很高，放大倍数越高，标尺越长，标尺的长度限制了实验装置的放大倍数。因此有必要对光杠杆装置进行改进设计。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种基于平行平板的光杠杆测量系统，该系统利用平行平板的光学特性对微小位移、微小角度等物理量进行放大，系统简单易搭建，操作方便快捷，测量精度较高。技术方案如下：

一种基于平行平板的光杠杆位移测量装置，包括激光器、光杠杆、标尺、支架和待测量物体，其特征在于：

所述的激光器为一字线激光器，一字激光器固定在支架上，一字激光器出射光线为水平光线；

所述的光杠杆，一端下方设有第一足尖，第一足尖与待测物体相接触；光杠杆的另一端下方设有第二足尖和第三足尖，在光杠杆的上部固定有平行平板，光杠杆与平行平板相垂直，第二足尖和第三足尖第一足尖成“丁”字装置状对称分布，第二足尖和第三足尖放置在固定平台上；在光杠杆处于水平状态时，一字激光的出射光线与平行平板相垂直；

所述标尺的标尺平面垂直于一字激光器的出射光线。

优选地，所述的光杠杆测量系统，其特征在于，所述的支架高度可以调节。

本实用新型具有的优点和积极效果是：将常见光杠杆中的平面反射镜替换成平行平板，不该变光杠杆放大的本质，却缩减了中间的测量过程，降低了系统的误差；能对微小位移、微小角度等物理量进行测量，检测速度快，精度高，操作简单，生产成本低，可以作为机械制造、电子加工等领域的微小物理量检测工具。

附图说明

图1为本实用新型应用的示意图；

图2为本实用新型应用的平行平板的光学特点示意图；

图3为本实用新型应用测量状态下示意图。

图中：1-激光器、2-平行平板、3-标尺、4-光杠杆、4-1-光杠杆第一足尖、4-2-光杠杆第二足尖、4-3-光杠杆第三足尖、5-待测物体、6、7、8-支架

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的实用新型内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1所示，一种基于平行平板的光杠杆测量系统，所述一种基于平行平板的光杠杆测量系统包括激光器、平行平板光杠杆、标尺、支架和待测量物体，其特征在于：

所述的激光器1为一字线激光器，线宽小于1mm，激光器1水平固定在支架8上，支架高度可以调节，激光器出射光线为水平光线；

所述平行平板光杠杆包括光杠杆4和平行平板2，光杠杆4的一端下方设有第一足尖4-1，第一足尖与待测物体5相接触，光杠杆的另一端下方设有第二足尖4-2和第三足尖4-3，第二足尖4-2和第三足尖4-3对称分布于平行平板2的两底角处，与第一足尖成“丁”字装置状分布，第二足尖4-2和第三足尖4-3放置在支架7的上端的固定平台上；平行平板2竖直固定在光杠杆4的第二足尖4-2和第三足尖4-3正上方，平行平板2的竖直截面与激光器1的出射光线垂直，且中心共线，平行平板的前后倾角可调节；

所述标尺3为毫米刻度尺，固定在支架6上，标尺3标尺平面垂直于激光器1出射光线，其零刻度线与激光器1的出射光线、平行平板的中点共水平面。

如图2所示，设平行平板厚度为D,折射率为n。当平行平板发生倾斜时，入射光线与平行平板产生一定夹角，设第一边界入射角为I1，出射角为I1′，第一边界入射角为I2，出射角为I2′，易知通过平行平板的出射光线与入射光线平行，但是存在一定的侧向位移。

侧向位移AC＝AB·sin(I1-I1′),而AB＝D/cos(I1′)，

因此有

利用三角函数中的和差角公式sin(I1-I1')＝sin(I1)cos(I1')-cos(I1)sin(I1')

及折射率定义公式

进一步化简，有

当平行平板转动的角度足够小时，近似有I1＝I1'，故有cos(I1)＝cos(I1')，sin(I1)＝I1。

在上述条件下，侧向位移可以进一步表示为此时为近轴光，轴向位移与入射角无关，完善成像。

初始时，通过调节装置，将一字线激光器的光标垂直穿过平行平板照射在标尺0刻度线处。测量时，如图3所示，当光杠杆的第一足尖下端发生微小位移Δl时，光杠杆和平行平板光杠杆会发生倾斜，倾斜角度为Δα,近似地Δα＝Δl/L,其中L为光杠杆第一足尖与第二足尖和第三足尖连线的垂直距离,容易得到Δα＝I1。平行平板发生倾斜后，上述的“一”字光标在标尺上的成像位置会发生改变，记录下“一”字光标的刻度变化量Δm，容易得到Δm＝AC，根据以上各式可以得到微小位移

由这个公式即可计算微小位移Δl。

本实用新型的原理：本实用新型利用了平行平板的光学特点及光杠杆的放大特性的原理，将微小位移、微小角度等小物理量放大后进行间接测量。平行平板的光学特点是当入射光线与平行平板截面存在非直角夹角时，光线出射平行平板后会存在一断侧向位移。光杠杆一端可以感受微小位移、微小角度等小物理量，另一端会改变其上面光学元件的位置，从而在系统中产生可测量的改变量。将平行光板作为光杠杆上的光学元件可以很好的利用两者的特点，实现微小位移、微小角度等小物理量的测量。

尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。