双路激光干涉精确测量金属棒热膨胀系数的装置的制作方法

本发明涉及一种双路激光干涉精确测量金属棒热膨胀系数的装置。

背景技术：

金属热膨胀系数是金属的重要物理特性之一，其应用范围极广，现有的测量方法主要是利用光杠杆法测量不同温度时的金属棒的长度，利用长度差除以温度差再除以金属棒的总长来计算金属棒的热膨胀系数，这种测量方法与激光干涉法相比，其测量精度至少低一个数量级以上。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种双路激光干涉精确测量金属棒热膨胀系数的装置，以解决上述问题的至少一个方面。

根据本发明的一方面，提供一种双路激光干涉精确测量金属棒热膨胀系数的装置，包括激光干涉测微小变化装置、内置被测金属棒的加热恒温箱和MCU总控制器，所述被测金属棒两端具有光反射端面；所述激光干涉测微小变化装置设有激光干涉测微小变化第一模块和激光干涉测微小变化第二模块，激光干涉测微小变化第一模块设在恒温箱的左侧端，激光干涉测微小变化第一模块的检测端与金属棒的左侧位置相对，检测金属棒左边方向的长度微小变化；激光干涉测微小变化第二模块设在恒温箱的右侧端，激光干涉测微小变化第二模块的检测端与金属棒的右侧位置相对，检测金属棒右边方向的长度微小变化；所述激光干涉测微小变化第一模块和激光干涉测微小变化第二模块与MCU总控制器为电学连接。

由此，激光干涉测微小变化装置的条纹识别摄像头通过识别条纹的变化数量，MCU总控制器控制，乘以激光波长的一半，从而检测金属棒左右两边方向的长度变化，左右两个方向之和就是金属棒的长度变化总量。

进一步，激光干涉测微小变化第一模块包括激光器、表面全反射镜、扩束镜、条纹成像板、条纹识别摄像头、半反射镜；所述激光器设置在半反射镜的左侧，半反射镜的右侧与金属棒的左侧位置相对；半反射镜呈45度角设置，其上端设置表面全反射镜，下端设置扩束镜，所述条纹成像板与扩束镜相对设置；所述条纹识别摄像头设在条纹成像板一侧，识别条纹成像板上的光学条纹。

进一步，激光干涉测微小变化第二模块包括激光器、表面全反射镜、扩束镜、条纹成像板、条纹识别摄像头、半反射镜；所述激光器设置在半反射镜的右侧，半反射镜的左侧与金属棒的右侧位置相对；半反射镜呈45度角设置，其上端设置表面全反射镜，下端设置扩束镜，所述条纹成像板与扩束镜相对设置；所述条纹识别摄像头设在条纹成像板一侧，识别条纹成像板上的光学条纹。

进一步，激光干涉测微小变化第一模块工作时，激光器发出激光，激光经过半反射镜，被分出A、B两束激光，A束激光被反射到表面全反射镜，经过表面全反射镜进行全反射，A束激光再穿过半反射镜到扩束镜；半反射镜将B束激光反射至金属棒的左端面，金属棒的左端面将B束激光再反射至半反射镜，经过半反射镜反射至扩束镜；A、B束激光经过扩束镜汇聚，并投放到条纹成像板上，条纹识别摄像头识别条纹成像板上的光学条纹，将信息传送到MCU总控制器进行分析和处理。

进一步，激光干涉测微小变化第二模块工作时，激光器发出激光，激光经过半反射镜，被分出A、B两束激光，A束激光被反射到表面全反射镜，经过表面全反射镜进行全反射，A束激光再穿过半反射镜到扩束镜；半反射镜将B束激光反射至金属棒的右端面，金属棒的左端面将B束激光再反射至半反射镜，经过半反射镜反射至扩束镜；A、B束激光经过扩束镜汇聚，并投放到条纹成像板上，条纹识别摄像头识别条纹成像板上的光学条纹，将信息传送到MCU总控制器进行分析和处理。

进一步，恒温箱包括箱体、加热棒、温度传感器、支撑被测金属棒的支架、设在箱体两侧端的全透射镜；所述支架固定在箱体内，加热棒至少设有两根，设在箱体的支架的两侧；所述温度传感器通过一支杆固定在箱体内腔；所述全透射镜与被测金属棒的两侧端面正对。由此便于激光从全透射镜穿射进与反射出。

本发明的有益效果是：本发明可达到精确测量金属棒热膨胀系数的效果，其测量精度比普通光杠杆法至少高一个数量级以上；此装置还可以应用到其他非金属固体棒材料热膨胀系数的检测。

附图说明

图1是本发明的模块图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是恒温箱的内部结构图。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本发明做进一步说明。

图1、图2、图3中，一种双路激光干涉精确测量金属棒热膨胀系数的装置，包括激光干涉测微小变化装置、内置被测金属棒3的加热恒温箱和MCU总控制器，所述激光干涉测微小变化装置包括激光干涉测微小变化第一模块和激光干涉测微小变化第二模块，激光干涉测微小变化第一模块安装在恒温箱的左侧端，激光干涉测微小变化第一模块的检测端与被测金属棒3的左侧位置相对，检测金属棒3左边方向的长度微小变化；激光干涉测微小变化第二模块安装在恒温箱的右侧端，激光干涉测微小变化第二模块的检测端与金属棒3的右侧位置相对，检测金属棒3右边方向的长度微小变化；所述激光干涉测微小变化第一模块和激光干涉测微小变化第二模块与MCU总控制器通过数据传输线连接。由此，激光干涉测微小变化装置识别金属棒3左右两端面激光反射条纹的变化数量，MCU总控制器控制，乘以激光波长的一半，从而检测金属棒3左右两边方向的长度变化，左右两个方向之和就是金属棒3的长度变化总量。

本实施例中，激光干涉测微小变化第一模块包括激光器1、表面全反射镜2、扩束镜4、条纹成像板5、条纹识别摄像头6、半反射镜7；所述激光器1固定设置在半反射镜7的左侧，半反射镜7的右侧与金属棒3的左侧位置相对；半反射镜7呈45度角设置，其上端设置表面全反射镜2，下端设置扩束镜4，所述条纹成像板5与扩束镜4相对设置；所述条纹识别摄像头6设在条纹成像板5一侧，识别条纹成像板5上的光学条纹。

本实施例中，激光干涉测微小变化第二模块包括激光器101、表面全反射镜202、扩束镜404、条纹成像505板、条纹识别摄像头606、半反射镜707；所述激光器101设置在半反射镜707的右侧，半反射镜707的左侧与金属棒3的右侧位置相对；半反射镜707呈45度角设置，其上端设置表面全反射镜202，下端设置扩束镜404，所述条纹成像板505与扩束镜404相对设置；所述条纹识别摄像头606设在条纹成像板一侧，识别条纹成像板505上的光学条纹。

本实施例中，激光干涉测微小变化第一模块工作时，激光器1发出激光，激光经过半反射镜7，被分出A、B两束激光，A束激光9被反射到表面全反射镜，经过表面全反射镜进行全反射，A束激光9再穿过半反射镜7到扩束镜4；半反射镜7将B束激光10反射至金属棒3的左端面，金属棒3的左端面将B束激光10再反射至半反射镜7，经过半反射镜反射至扩束镜；A、B束激光经过扩束镜汇聚为一束激光，并将其投放到条纹成像板5上，条纹识别摄像头6识别条纹成像板5上的光学条纹，将信息传送到MCU总控制器8进行精确的分析和处理，计算出激光条纹的变化数量，乘以激光波长的一半，从而检测金属棒3左边方向的长度变化。

激光干涉测微小变化第二模块工作时，激光器101发出激光，激光经过半反射镜707，被分出A、B两束激光，A束激光909被反射到表面全反射镜，经过表面全反射镜进行全反射，A束激光909再穿过半反射镜707到扩束镜404；半反射镜707将B束激光反射至金属棒3的右端面，金属棒3的左端面将B束激光1001再反射至半反射镜707，经过半反射镜707反射至扩束镜404；A、B束激光经过扩束镜汇聚为一束激光，并投放到条纹成像板505上，条纹识别摄像头606识别条纹成像板505上的光学条纹，将信息传送到MCU总控制器8进行精确的分析和处理，计算出激光条纹的变化数量，乘以激光波长的一半，从而检测金属棒3右边方向的长度变化。

MCU总控制器8将左右两个方向长度变化量相加，就是金属棒3的长度变化总量。

本实施例中，恒温箱包括箱体13、加热棒12、温度传感器15、支撑被测金属棒3的支架16、设在箱体13两侧端的全透射镜14；所述支架16通过螺钉、焊接等固定在箱体13内，加热棒12至少设有两根，两根或四根为宜，分别设在箱体13的支架16的两侧，与被测金属棒3平行设置；所述温度传感器15通过一支杆固定在箱体13内腔，悬于箱体13内；箱体13两侧端的全透射镜14与被测金属棒3的两侧端面正对。由此便于激光从全透射镜14穿射进与反射出。

本实施例中，加热棒12在MCU控制器8的控制下，给被测金属棒3均衡的加热，让金属棒3在加热时产生膨胀，从而让金属棒3长度会发生微小变化。

本实施例中，温度传感器15用于检测恒温箱和被测金属棒3的温度，并将温度信号传送给MCU控制器8，以便达到恒定控制加热的温度。

本实施例中，被测金属棒3置于支架16上，被测金属棒3两端安装有表面全反射镜，或两端面抛光为表面全反射镜，再或者两端面为电镀表面全反射镜，在光学干涉中的作用，可将入射激光全部反射，以便于形成干涉条纹进行检测；金属棒3被加热时，金属棒3长度会发生微小变化，影响到光学系统中的光程差也发生变化，进而影响到干涉条纹发生移动。

本实施例中，全透射镜14便于激光入射到金属棒3的全反射面，并且返回来的反射激光顺利回到半反射镜。

MCU总控制器8包括CUP核心系统、温度检测模块、摄像头检测模块、加热驱动模块和电源系统。

本发明工作时，激光干涉测微小变化装置的条纹识别摄像头通过识别条纹的变化数量，MCU总控制器控制，乘以激光波长的一半，从而检测金属棒左右两边方向的长度变化，左右两个方向之和就是金属棒的长度变化总量。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出至少一个变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。