线性调频多光束激光外差二次谐波测量杨氏模量的装置及方法
【专利摘要】线性调频多光束激光外差二次谐波测量杨氏模量的装置及方法，属于光学领域。为了解决现有的测量杨氏模量的方法存在误差大、测量精度低的问题。线性调频激光器发出的线性偏振光以入射角θ0斜入射至薄玻璃板，经该薄玻璃板透射之后的光束入射至第一平面反射镜，该光束在相互平行的薄玻璃板和第一平面反射镜之间反复反射和透射多次，获得多束光，经薄玻璃板和第一平面反射镜之间反复反射和透射之后的光束与薄玻璃板前表面的反射光一起通过会聚透镜汇聚至光电探测器的光敏面上，所述光电探测器输出电信号给信号处理系统；信号处理系统用于处理数据从而获取金属线长度变化前后薄玻璃板和第一平面反射镜之间的距离。本发明适用于测量杨氏模量。
【专利说明】线性调频多光束激光外差二次谐波测量杨氏模量的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及属于光学领域。
【背景技术】
[0002]杨氏弹性模量反映了材料形变与内应力的关系，材料受外力作用时必须发生形变，其内部胁强和胁变(即相对形变)的比值称为杨氏弹性模量，它是表征固体材料性质的一个重要物理量，是工程技术中机械构件选材时的重要参数。近几年来，在工程测量技术中，多采用光杠杠法、光纤传感器法、CCD法、干涉法、拉伸法和衍射法等，但这些方法间接测量量较多，偶然误差较大，且需进行大量的数据处理，因此，这些方法的测量精度较低，无法满足目前高精度测量的要求。
【发明内容】
[0003]本发明目的是为了解决现有的测量杨氏模量的方法存在误差大、测量精度低的问题，提供了一种线性 调频多光束激光外差二次谐波测量杨氏模量的装置及方法。
[0004]线性调频多光束激光外差二次谐波测量杨氏模量的装置，它包括线性调频激光器、薄玻璃板、第一平面反射镜、待测金属线、砝码、会聚透镜、光电探测器和信号处理系统；
[0005]第一平面反射镜的非反射面贴在砝码的底部，且第一平面反射镜的中心与砝码的中心同轴；
[0006]待测金属线的一端固定，待测金属线的另一端与砝码的顶端固定连接；
[0007]薄玻璃板与第一平面反射镜平行；薄玻璃板位于第一平面反射镜的下方，且薄玻璃板与第一平面反射镜之间的距离d为30mm ；
[0008]线性调频激光器发出的线性偏振光以入射角Θ ^斜入射至薄玻璃板，经该薄玻璃板透射之后的光束入射至第一平面反射镜，该光束在相互平行的薄玻璃板和第一平面反射镜之间反复反射和透射多次，获得多束光，经薄玻璃板和第一平面反射镜之间反复反射和透射之后的光束与薄玻璃板前表面的反射光一起通过会聚透镜汇聚至光电探测器的光敏面上，所述光电探测器输出电信号给信号处理系统；信号处理系统用于处理数据从而获取金属线长度变化前后薄玻璃板和第一平面反射镜之间的距离d。
[0009]线性调频多光束激光外差二次谐波测量杨氏模量的装置，它还包括第二平面反射镜；线性调频激光器发出的线性偏振光经第二平面反射镜反射后，再以入射角Qtl斜入射至薄玻璃板。
[0010]线性调频多光束 激光外差二次谐波测量杨氏模量的装置，信号处理系统包括滤波器、前置放大器、Α/D转换电路和DSP微处理器；
[0011]滤波器的输入端与光电探测器的电信号输出端相连；滤波器的输出端与前置放大器的输入端相连；前置放大器的输出端与Α/D转换电路的模拟信号输入端相连;A/D转换电路的数字信号输出端与DSP微处理器的输入端相连。
[0012]线性调频多光束激光外差二次谐波测量杨氏模量的装置测量杨氏模量的方法，该方法包括以下步骤:
[0013]步骤一、将金属丝的一端固定，另一端固定在底端贴有第一平面反射镜的砝码上，使金属线处于铅直方向；
[0014]步骤二、打开线性调频激光器，由信号处理系统处理相关数据并得到薄玻璃板和第一平面反射镜之间的距离d ；
[0015]薄玻璃板和第一平面反射镜之间的距离的变化量Λ d等于金属线的伸长量Λ I ；
[0016]步骤三、逐渐增加破码的质量m,记录破码的质量m和金属线的伸长量Δ1 ；
[0017]步骤四、根据公式
【权利要求】
1.线性调频多光束激光外差二次谐波测量杨氏模量的装置，其特征在于，它包括线性调频激光器(I)、薄玻璃板(3)、第一平面反射镜(4)、待测金属线(5)、砝码(6)、会聚透镜(7)、光电探测器⑶和信号处理系统； 第一平面反射镜(4)的非反射面贴在砝码(6)的底部，且第一平面反射镜(4)的中心与石去码(6)的中心同轴； 待测金属线(5)的一端固定，待测金属线(5)的另一端与砝码(5)的顶端固定连接； 薄玻璃板(3)与第一平面反射镜(4)平行；薄玻璃板(3)位于第一平面反射镜(4)的下方，且薄玻璃板(3)与第一平面反射镜(4)之间的距离d为30mm ; 线性调频激光器(I)发出的线性偏振光以入射角Θ ^斜入射至薄玻璃板(3)，经该薄玻璃板(3)透射之后的光束入射至第一平面反射镜(4)，该光束在相互平行的薄玻璃板(3)和第一平面反射镜(4)之间反复反射和透射多次，获得多束光，经薄玻璃板(3)和第一平面反射镜(4)之间反复反射和透射之后的光束与薄玻璃板(3)前表面的反射光一起通过会聚透镜(7)汇聚至光电探测器(8)的光敏面上，所述光电探测器(8)输出电信号给信号处理系统；信号处理系统用于处理数据从而获取金属线(5)长度变化前后薄玻璃板(3)和第一平面反射镜(4)之间的距离d。
2.根据权利要求1所述线性调频多光束激光外差二次谐波测量杨氏模量的装置，其特征在于，它还包括第二平面反射镜(2);线性调频激光器(I)发出的线性偏振光经第二平面反射镜(2)反射后，再以入射角Qtl斜入射至薄玻璃板(3)。
3.根据权利要求1或2所述线性调频多光束激光外差二次谐波测量杨氏模量的装置，其特征在于，图像处理系统包括滤波器(9)、前置放大器(10)、A/D转换电路(11)和DSP微处理器(12)； 滤波器(9)的输入端与光电探测器⑶的电信号输出端相连；滤波器(9)的输出端与前置放大器(10)的输入端相连；前置放大器(10)的输出端与A/D转换电路(11)的模拟信号输入端相连;A/D转换电路(11)的数字信号输出端与DSP微处理器(12)的输入端相连。
4.根据权利要求3所述线性调频多光束激光外差二次谐波测量杨氏模量的装置测量杨氏模量的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: 步骤一、将金属丝(5)的一端固定，另一端固定在底端贴有第一平面反射镜(4)的砝码(6)上，使金属线(5)处于铅直方向； 步骤二、打开线性调频激光器(I)，由信号处理系统处理相关数据并得到薄玻璃板(3)和第一平面反射镜(4)之间的距离d ； 薄玻璃板(3)和第一平面反射镜(4)之间的距离的变化量△(!等于金属线(5)的伸长量Δ I ; 步骤三、逐渐增加砝码(6)的质量m，记录砝码的质量m和金属线(5)的伸长量Al ; 步骤四、根据公式
5.根据权利要求4所述的线性调频多光束激光外差二次谐波测量杨氏模量的方法，其特征在于，步骤二中所述的由信号处理系统处理相关数据并得到薄玻璃板(3)和第一平面反射镜(4)之间的距离d的获取方法包括以下步骤: 步骤1、线性调频激光器(I)发出线性调频线偏振光以Qtl角入射至薄玻璃板(3)，该光束在相互平行的薄玻璃板(3)和第一平面反射镜(4)汇聚至光电探测器(8)的光敏面上；步骤2、获取入射至光电探测器(8)的光束的总光％E2(t):
Es (t) = E1 (t) +E2 (t) +...+Em (t) +...； 其中=E1U)为光束经薄玻璃板(3)前表面反射后的反射光场,且按公式
【文档编号】G01B11/16GK103954504SQ201410205997
【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, 周巍, 刘明亮, 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