线性调频双光束激光外差测量磁致伸缩系数的装置及其方法
【专利摘要】线性调频双光束激光外差测量磁致伸缩系数的装置及其方法，属于磁致伸缩系数测量领域。为了解决目前磁致伸缩系数的测量方法的测量精度不高的问题。它包括线性调频激光器、第一平面反射镜、薄玻璃板、第二平面反射镜、会聚透镜、光电探测器、信号处理系统、激励线圈、固定装置和电源电路；利用电源电路对设置在激励线圈中的被测样品加电流，使光电探测器开始接收光束信号，信号处理系统连续采集光电探测器输出的光电流，并对采集到的差频信号进行处理，根据频率与距离之间的关系获得薄玻璃板与第二平面反射镜之间的当前距离，再根据磁致伸缩系数的公式，获得待测样品的磁致伸缩系数。本发明用于测量磁致伸缩系数。
【专利说明】线性调频双光束激光外差测量磁致伸缩系数的装置及其方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于磁致伸缩系数测量领域。
【背景技术】
[0002]铁磁质的磁畴在外磁场作用下会定向排列，从而引起介质中晶格间距的改变，致使铁磁体发生长度的变化的现象被称为磁致伸缩效应。由于这一现象首先由焦耳于1842年发现，因而也被称为焦耳效应。磁致伸缩不但对材料的磁性有重要的影响(特别是对起始磁导率，矫顽力等)，而且效应本身在实际中的应用也很广泛，如:磁致伸缩技术可以用于机械振动和超声波换能器上，在激光雷达等方面有重要的应用。
[0003]利用材料在交变磁场作用下长度的变化，可制成超声波发生器和接收器:通过一些特别的转换装置，可以制成力、速度、加速度等传感器以及延迟线、滤波器等。在相同外磁场的条件下，不同的磁性物质磁致伸缩的长度变化是不同的，通常用磁致伸缩系数α (α=Λ 1/1)表征它形变的大小。因此，准确测量材料的磁致伸缩系数α是非常重要的。由于磁致伸缩效应引起的材料长度相对变化很微小，一般铁磁材料的磁致伸缩系数只有10_5?10_6数量级，因此需采用一些高精度的方法加以测量。
[0004]磁致伸缩系数的测定归结为微长度(位移)变化的测量。目前测量磁致伸缩系数的方法主要有非平衡电桥测量法、差动变电容测法、光杠杆、应变电阻片测量法和光学干涉法等。但是这些方法都存在各自的缺点和不足，因此测量精度都不高。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了解决目前磁致伸缩系数的测量方法的测量精度不高的问题，本发明提供一种线性调频双光束激光外差测量磁致伸缩系数的装置及其方法。
[0006]本发明的线性调频双光束激光外差测量磁致伸缩系数的装置，
[0007]所述装置包括线性调频激光器、第一平面反射镜、薄玻璃板、第二平面反射镜、会聚透镜、光电探测器、信号处理系统、激励线圈、固定装置和电源电路；
[0008]被测样品设置在激励线圈中，且所述被测样品通过固定装置与第二平面反射镜的一个面固定连接，所述固定装置为非磁性材料固定装置，所述电源电路为励磁线圈提供能换向、调节电流大小的工作电源；
[0009]线性调频激光器发出的激光入射至第一平面反射镜，经第一平面反射镜反射至薄玻璃板，并经薄玻璃板分成一号反射光和折射光；所述折射光入射至第二平面反射镜的一个面，经所述第二平面反射镜的一个面反射后的光与一号反射的光均入射至会聚透镜，经会聚透镜5会聚至光电探测器的光信号接收端，光电探测器的光电流信号输出端与信号处理系统的光电流信号输入端连接；
[0010]所述薄玻璃板和第二平面反射镜平行且等高。
[0011]所述的线性调频双光束激光外差测量磁致伸缩系数的装置的测量方法，它包括如下步骤:
[0012]步骤一:设置薄玻璃板与第二平面反射镜之间的初始距离d，将被测样品设置在激励线圈中，使电源电路的电流增大，对被测样品进行交流退磁，且使激励线圈的电流不会发生磁饱和；
[0013]步骤二:信号处理系统获得不同时刻的被测样品的变化量Al值，所述Al等于薄玻璃板和第二平面反射镜之间的距离变化量△(!，将获得的不同时刻的Al值进行加权平
均求得被测样品的平均变化量Δ7,求得被测样品磁致伸缩系数αΞΔr'//，所述I等于被测
样品的初始长度；
[0014]信号处理系统获得当前时刻的Λ I值的方法:
[0015]对光电探测器输出的光电流进行处理后，获得外差信号的中频电流Iif为:
【权利要求】
1.线性调频双光束激光外差测量磁致伸缩系数的装置，其特征是在于，所述装置包括线性调频激光器1)、第一平面反射镜(2)、薄玻璃板(3)、第二平面反射镜(4)、会聚透镜(5)、光电探测器(6)、信号处理系统、激励线圈(11)、固定装置和电源电路； 被测样品设置在激励线圈(11)中，且所述被测样品通过固定装置与第二平面反射镜(4)的一个面固定连接，所述固定装置为非磁性材料固定装置，所述电源电路为励磁线圈提供能换向、调节电流大小的工作电源； 线性调频激光器(1)发出的激光入射至第一平面反射镜(2)，经第一平面反射镜(2)反射至薄玻璃板(3)，并经薄玻璃板(3)分成一号反射光和折射光；所述折射光入射至第二平面反射镜(4)的一个面，经所述第二平面反射镜(4)的一个面反射后的光与一号反射的光均入射至会聚透镜(5)，经会聚透镜(5)会聚至光电探测器(6)的光信号接收端，光电探测器(6)的光电流信号输出端与信号处理系统的光电流信号输入端连接； 所述薄玻璃板(3)和第二平面反射镜(4)平行且等高。
2.根据权利要求1所述的线性调频双光束激光外差测量磁致伸缩系数的装置，其特征在于，信号处理系统包括低通滤波器(7)、前置放大器(8)、A/D转换器(9)和DSP(IO)；光电探测器出)的光电流输出端与低通滤波器(7)的光电流输入端连接，低通滤波器(7)的滤波信号输出端与前置放大器(8)的滤波信号输入端连接，前置放大器(8)的放大信号输出端与A/D转换器(9)的放大信号输入端连接，A/D转换器(9)的数字信号输出端与DSP(IO)的数字信号输入端连接。
3.根据权利要求1或2所述的线性调频双光束激光外差测量磁致伸缩系数的装置，其特征在于，电源电路包括电流表(HiA)、电源(V)、单向开关(SI)、换向开关(S2)、第一滑动电阻(Rl)和第二滑动电阻(R2)； 换向开关(S2)的一个动触点与激励线圈(11)的一端连接，换向开关(S2)的另一个动触点与激励线圈(11)的另一端连接； 所述电流表(mA)的负极与电源(V)的正极连接，电源(V)的负极与单向开关(SI)的动端连接，单向开关(SI)的静端同时与第二滑动电阻(R2)的一个固定端和可调端连接，第二滑动电阻(R2)的另一个固定端与第一滑动电阻(Rl)的一个固定端连接，第一滑动电阻(Rl)的可调端和另一个固定端同时与换向开关(S2)的一个静触点连接，电流表(mA)的正极与换向开关(S2)的另一个静触点连接。
4.根据权利要求3所述的线性调频双光束激光外差测量磁致伸缩系数的装置，其特征在于，它还包括固定装置，所述固定装置包括第一固定棒(13)、第二固定棒(12)和固定部件(14)； 固定部件(14)通过第一固定棒(13)与被测样品的一端固定连接，被测样品的另一端通过第二固定棒(12)与所述第二平面反射镜(4)的另一个面固定连接。
5.权利要求1所述的线性调频双光束激光外差测量磁致伸缩系数的装置的测量方法，其特征在于，它包括如下步骤: 步骤一:设置薄玻璃板(3)与第二平面反射镜(4)之间的初始距离d，将被测样品设置在激励线圈(11)中，使电源电路的电流增大，对被测样品进行交流退磁，且使激励线圈(11)的电流不会发生磁饱和； 步骤二:信号处理系统获得不同时刻的被测样品的变化量Al值，所述Al等于薄玻璃板⑶和第二平面反射镜⑷之间的距离变化量Ad，将获得的不同时刻的Al值进行加权平均求得被测样品的平均变化量Δ?,求得被测样品磁致伸缩系数α=Δl//，所述I等于被测样品的初始长度； 信号处理系统获得当前时刻的△ I值的方法: 对光电探测器输出的光电流进行处理后，获得外差信号的中频电流Iif为:
6.根据权利要求5所述的线性调频双光束激光外差测量磁致伸缩系数的装置的测量方法，其特征在于，获得外差信号的中频电流Iif的方法为: 在不考虑薄玻璃板自身厚度的情况下，在t-L/c时刻到达薄玻璃板(3)的前表面的反射光场为:
【文档编号】G01R33/18GK103954922SQ201410205977
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月15日 优先权日:2014年5月15日
【发明者】李彦超, 韩雪冰, 杨九如, 冉玲苓, 高扬, 杨瑞海, 杜军, 丁群, 王春晖, 马立峰, 于伟波 申请人:黑龙江大学