一种利用等厚干涉测量金属线膨胀系数的装置

1.本实用新型属于测量仪器技术领域，具体涉及一种利用等厚干涉测量金属线膨胀系数的装置。


背景技术：

2.金属的线膨胀是指金属温度升高在一维方向上的伸长现象，线膨胀系数用来反映金属纵向的微小尺寸变化随温度的变化规律，是衡量金属材料性质的一项重要参数。金属由于温度差导致的线膨胀量很小，其线膨胀系数很难直观地测量出来。目前，常采用千分尺直接读数法、光杠杆法等来测量金属线膨胀系数。
3.公开号为cn210119458u的实用新型专利公开了一种光杠杆法测量固体线膨胀系数的竖直支架式装置，包括有led光源照明尺、望远镜、平面镜等，可有效节约装置占用面积，提高空间利用率。然而，装置中用到望远镜，由于望远镜读数存在的视差问题，容易造成测量数据的不准确，且金属由于温度改变而导致的长度变化量的数值偏小，一般的长度测量仪器均会引入较大的偏差，从而降低测量结果的准确性。
4.可见，目前金属线膨胀系数测量装置存在对微小位移量的值测量不够准确的问题。因此，亟需设计一种结构简单、测量准确的金属线膨胀系数测量装置。


技术实现要素：

5.本实用新型针对现有技术中存在的技术问题，提供一种利用等厚干涉测量金属线膨胀系数的装置，有效解决现有金属线膨胀系数测量装置存在的对微小位移量的值测量不够准确、误差较大的问题。
6.本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：
7.一种利用等厚干涉测量金属线膨胀系数的装置，包括底座、用于调节竖直放置的待测金属棒温度的温控组件、激光器、光束分裂器和ccd摄像头模块，所述底座上设置有高度可调节且水平的支撑板，所述支撑板上叠放有用于组合构成空气劈尖的下光学玻璃板及上光学玻璃板，所述下光学玻璃板和待测金属棒均设置在上光学玻璃板的下方，所述光束分裂器和ccd摄像头模块均设置在激光器发出的激光光路上，光束分裂器用于将入射的激光部分反射至空气劈尖，ccd摄像头模块用于检测空气劈尖形成的等厚干涉条纹。
8.在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
9.进一步，所述温控组件包括恒温箱，所述恒温箱内设置有用于均匀加热待测金属棒的加热丝，所述加热丝缠绕在待测金属棒上。
10.进一步，所述温控组件还包括用于测量待测金属棒温度的温度传感器和控温仪；所述控温仪与温度传感器、加热丝通过有线方式电性连接，且三者与恒温箱组成闭环温度控制系统，用于对待测金属棒的温度进行调节，并使待测金属棒保持温度稳定。
11.进一步，所述底座上对称设置有用于调节支撑板高度的第一调节杆和第二调节杆。
12.进一步，所述第一调节杆和第二调节杆均为调节螺杆；所述调节螺杆螺纹连接于支撑板，且其底端转动连接于底座。
13.进一步，所述第一调节杆和第二调节杆均为调节螺杆，所述调节螺杆的底端穿过支撑板后螺纹连接于底座，且调节螺杆上设置有用于固定支撑板的螺母，所述螺母设置在支撑板与底座之间。
14.进一步，所述第一调节杆和第二调节杆均为电动升降杆或液压升降杆或气压升降杆。
15.本实用新型的有益效果是：本实用新型结构简单，实用性、工作可靠性及操作便捷性好，利用等厚干涉测量微小形变的原理测量金属线膨胀量，实现对金属线膨胀系数的测量，且测量精度高、误差小。
附图说明
16.图1为本实用新型的整体结构示意图；
17.图2为本实用新型的局部结构示意图。
18.图中：
19.1、底座，2第一调节杆，3、第二调节杆，4、支撑板，5、下光学玻璃板，6、上光学玻璃板，7、恒温箱，8、待测金属棒，9、温度传感器，10、加热丝，11、控温仪，12、激光器，13、光束分裂器，14、ccd摄像头模块。
具体实施方式
20.以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
21.如图1所示，本实用新型设计的一种利用等厚干涉测量金属线膨胀系数的装置，包括底座1、用于调节竖直放置的待测金属棒8温度的温控组件、激光器12、光束分裂器13和ccd摄像头模块14。所述激光器12作为干涉测量的光源，发出某一波长为λ的平行激光。优选的，所述激光器4采用氦氖激光器，发出的激光波长λ为650nm。
22.所述底座1上设置有高度可调节且水平的支撑板4。所述支撑板4上叠放有用于组合构成空气劈尖的下光学玻璃板5及上光学玻璃板6。所述下光学玻璃板5和待测金属棒8均设置在上光学玻璃板6的下方。所述光束分裂器13和ccd摄像头模块14均设置在激光器12发出的激光光路上，光束分裂器13用于将入射的激光部分反射至空气劈尖，ccd摄像头模块14用于检测空气劈尖形成的等厚干涉条纹。
23.本实用新型结构简单，实用性、工作可靠性及操作便捷性好，利用等厚干涉测量微小形变的原理测量金属线膨胀量，即将金属的微小膨胀量转化放大为对等厚干涉条纹间距的测量，从而实现对金属线膨胀系数的测量，且测量精度高、误差小。
24.具体而言：调节支撑板4的高度，使下光学玻璃板5与上光学玻璃板6叠在一起，此时在ccd摄像头模块14看不到干涉条纹。使用温控组件加热待测金属棒8，随着温度的升高，待测金属棒8膨胀伸长、顶起上光学玻璃板6，两光学玻璃板张开一小角度，形成空气劈尖。激光器12发出的激光经光束分裂器13后垂直照射到空气劈尖时，在空气劈尖的上、下表面反射的两束光发生等厚干涉，在ccd摄像头模块14观察到一组等厚干涉条纹，测量出等厚干
涉条纹的间距，即可间接得待测金属棒8的膨胀伸长量。
25.在上述技术方案的基础上，本实用新型还具有如下的改进方案，以获得进一步提升本实用新型实用性、工作可靠性和操作便捷性，以及对金属线膨胀系数的测量精度等技术效果。
26.如图1所示，所述温控组件包括恒温箱7、温度传感器9和控温仪11，所述恒温箱7内设置有加热丝10。所述加热丝10缠绕在待测金属棒8上，可对待测金属棒8进行均匀加热。所述温度传感器9与待测金属棒8直接接触，用于测量其温度。所述控温仪11与温度传感器9、加热丝10以有线方式电性连接，且三者与恒温箱7组成闭环温度控制系统，从而实现对待测金属棒8的温度进行调节，并使待测金属棒8保持温度稳定，有效降低温度变化导致的误差，进一步提升金属线膨胀系数的测量精度。
27.如图1所示，所述底座1上对称设置有用于调节支撑板4高度的第一调节杆2和第二调节杆3，以实现支撑板4的高度可调节，从而使下光学玻璃板5及上光学玻璃板6叠在一起。
28.在本实用新型中，所述第一调节杆2和第二调节杆3的结构有以下几种优选的实施方式。
29.优选的，所述第一调节杆2和第二调节杆3均为调节螺杆。所述调节螺杆螺纹连接于支撑板4，且其底端转动连接于底座1。
30.需要调节支撑板4的高度时，同时旋转两个调节螺杆，支撑板4在调节螺杆的作用下向上或向下移动，从而实现支撑板4的高度可调节，且操作便简单。
31.优选的，所述第一调节杆2和第二调节杆3均为调节螺杆。所述调节螺杆的底端穿过支撑板4后螺纹连接于底座1，且调节螺杆上设置有用于固定支撑板4的螺母，所述螺母设置在支撑板4与底座1之间。
32.需要调节支撑板4的高度时，转动螺母，使螺母沿调节螺杆向上或向下移动，即通过调节螺母在调节螺杆上的位置来调节支撑板4的高度，操作简单、成本低。
33.优选的，所述第一调节杆2和第二调节杆3均为电动升降杆或液压升降杆或气压升降杆。
34.需要调节支撑板4的高度时，通过电动升降杆或液压升降杆或气压升降杆带动支撑板4向上或向下运动即可，实用性和自动化程度高。
35.如图2所示，本实用新型的工作原理(操作步骤)如下：
36.(1)测量待测金属棒8的长度l，按照图1-2所示安装好所述装置，测量出下光学玻璃板5和上光学玻璃板6的交叉点与待测金属棒8之间的距离d；
37.(2)使用温控组件将待测金属棒8加热至温度t1，并保持温度不变，打开激光器12的开关，使激光器12发出波长λ为650nm的激光，激光依次经过光束分裂器13、空气劈尖、光束分裂器13后，入射到ccd摄像头模块14；
38.(3)调节支撑板4的高度，使下光学玻璃板5与上光学玻璃板6叠在一起，此时，在ccd摄像头模块14观测不到干涉条纹；
39.(4)使用温控组件将待测金属棒8加热至温度t2(t2＞t1)，并保持温度不变，此时，待测金属棒8膨胀伸长，将顶起上光学玻璃板6，两光学玻璃板张开一小角度，形成空气劈尖，激光垂直照射到空气劈尖时，在空气劈尖的上、下表面反射的两束光发生等厚干涉，在ccd摄像头模块14观察到一组等厚干涉条纹；
40.(5)如图2所示，ccd摄像头模块14检测到等厚干涉条纹，读出k条等厚干涉条纹的距离δ；
41.(6)将上述测量结果代入公式：得到待测金属棒8的线膨胀系数α。
42.本实用新型中，未对结构进行描述的设备及组件，均为市售设备或组件。
43.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。