[發明專利]物體在力熱磁電多場作用下折射率變化測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201310610863.6
• 申請日: 2013-11-26
• 公開（公告）號: CN103698299B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 馮雪;張長興;屈哲
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;G01M11/02
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

1.物體在力熱磁電多場作用下折射率變化測量裝置，其特征在于：該裝置包括抽真空試驗箱（1）、力熱磁電加載平臺（2）、背景散斑（3）、照明光源（4）、CCD相機（5）及含有計算程序的計算機（6）；被測物體（7）置于力熱磁電加載平臺上（2），所述的力熱磁電加載平臺（2）、背景散斑（3）、照明光源（4）置于抽真空試驗箱內，抽真空試驗箱上方開有觀察窗（1a），力熱磁電加載平臺設置在觀察窗和背景散斑之間，CCD相機對準觀察窗并通過數據線與計算機相連；所述的背景散斑是人工生成的隨機圖像，所述的被測物體為透明物體。

2.按照權利要求1所述的物體在力熱磁電多場作用下折射率變化測量裝置，其特征在于：所述的力熱磁電加載平臺包括加載力的機械拉伸裝置、加載熱的電加熱裝置、加載電場的電極和加載磁場的電磁鐵。

3.采用如權利要求1所述裝置的物體在力熱磁電多場作用下折射率變化測量方法，其特征在于該方法包括如下步驟：

a).將被測物體（7）置于力熱磁電加載平臺上夾持固定，設定CCD相機與被測物體距離為L，被測物體與背景散斑距離為D，被測物體厚度為B，垂直于厚度方向截面積為S，常溫下的折射率為n_o，CCD相機透過被測物體拍攝加載前背景散斑；

b).用力熱磁電加載平臺（2）對被測物體分別施加力、熱、磁場、電場或同時施加所述幾種加載方式，并記錄加載狀態應力σ、溫度T、磁場強度H、電場強度E，用CCD相機透過被測物體拍攝加載后背景散斑；

c).將加載前后的背景散斑圖輸入計算機（6），用數字圖像相關方法計算加載前后拍攝的背景散斑位移場（ΔX_O，ΔY_O），其中被測物體表面記為OXY平面，背景散斑平面記為O_oX_oY_o平面，光線沿被測物體厚度方向垂直物體平面透過被測物體,其中ΔX_O、ΔY_O分別為相機記錄加載前后散斑x、y方向位移，φ_x、φ_y分別為光線沿被測物體厚度方向垂直物體表面透過被測物體后的沿x、y方向偏折角，φ_x、φ_y由下式計算：

φx=ΔXODφy=ΔYOD]]>

被測物體表面在OXY內坐標（x,y）同背景散斑在O_oX_oY_o內坐標（x_O，y_O）有如下關系：

x=LL+DxOy=LL+DyO]]>

d).物體加載后折射率變化值Δn的全場分布由下式計算：

Δn(x,y)=L(L+D)BD·(∫0L+DLxΔXO(u,y)du+∫0L+DLy(ΔYO(x,v)-∂∫0L+DLxΔXO(u,v)du∂v)dv)]]>

其中為位移ΔX_O沿x方向線積分，為位移ΔY_O沿y方向線積分，被測物體面內折射率n如下式示：

n＝n_o+Δn(x,y)

被測物體面內平均折射率由下式計算：

n‾=∫n(x,y)dSS]]>

其中∫n(x,y)dS為折射率n對被測物體垂直于厚度方向截面積S的面積分；

e).改變力熱磁電加載平臺的加載狀態，多次重復b)～d)步驟，獲得光線透過被測物體后的偏折角（φ_x,φ_y），計算得到被測物體面內平均折射率記錄加載應力σ、溫度T、磁場強度H、電場強度E，這樣得到多個狀態下被測物體面內平均折射率加載應力σ、溫度T、磁場強度H、電場強度E，通過擬合得到物體面內平均折射率同應力σ、溫度T、磁場強度H、電場強度E影響變化關系式：

n‾=n‾(σ,T,H,E).]]>