[發明專利]一種光纖環及其骨架材料膨脹系數簡易測量方法

有效

• 申請號: 201310642496.8
• 申請日: 2013-12-03
• 公開（公告）號: CN103645206B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 高業勝;陳學斌
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十一研究所
• 主分類號: G01N25/16
• 分類號: G01N25/16
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司11340
• 代理人: 陳永寧

技術領域

本發明屬于測量技術領域，尤其涉及的是一種光纖環及其骨架材料膨脹系數簡易快速測量方法。

背景技術

光纖環作為光纖陀螺的核心傳感部件，其性能的好壞將對光纖陀螺的最終技術指標，目前光纖陀螺用光纖環主要有兩種形式：有骨架和無骨架，無骨架的光纖環安裝時采用壓板方式進行固定，由于對外界震動比較敏感，一般只用在震動較小的特定場合；而應用更多的是有骨架的光纖環，由于光纖環與骨架材料的膨脹系數通常不一致，在環境溫度變化時骨架對光纖環產生擠壓或拉伸，從而對光纖環的性能產生很大的影響，為此，需要對光纖環和骨架材料的膨脹系數進行測量，以找出匹配的骨架材料。

傳統的線膨脹系數傳統的測量方法主要有頂桿式膨脹計法、讀數顯微鏡法、全息干涉法、邁克爾遜干涉法、多光束干涉法等，其基本的組成主要有溫度控制加熱系統、位移測量系統（如干涉儀、顯微鏡等）、電測系統。頂桿式膨脹計法、讀數顯微鏡法法雖然簡單易行，但對長度變化量的測量精度低，不能用于測量線脹系數較小的材料，對干涉法由于其干涉條紋的精細程度高而被用來測量固體材料的線膨脹系數，然而在測量中因需要加熱固體樣品直接用來推動干涉儀的鏡面移動，使鏡面移動在加熱溫度較高時有可能偏離方向，增加了操作難度，對測量環境要求也高，不能用于光纖環及其骨架材料膨脹系數的測量。

通過對各種測量方法的比較，可以看出：頂桿法涵蓋了低溫、中溫和高溫范圍，測量范圍相對較廣，凡是利用激光技術的方法，精度都很高，但由于測量裝置本身的限制，測量范圍受到限制，樣品形狀一般為桿狀，由于測量裝置的設計，有的設計成方桿，有的設計成圓桿，測量屬于相對測量還是絕對測量，則取決于裝置的設計，大部分方法都是相對測量裝置，只有一部分裝置才是絕對測量裝置，如激光干涉法。

激光干涉法測量材料線膨脹系數和傳統的頂桿法相比，具有測量準確和測量分辨率高等優點。這種方法主要在一些國家計量單位和對測量準確度有很高要求的實驗室采用，由于設備昂貴，一般不用于現場測量。由于該方法測量的是樣品的長度隨溫度的絕對變化，不與其他任何物質的物性發生關系，屬絕對測量方法，因此常用于給出參考物質的線膨脹率。由于采用激光干涉法測量材料線膨脹系數時，需要樣品表面有足夠的光反射強度，以便能夠采集、測量干涉條紋變化。加熱過程中，由于材料發生形變和相變，樣品表面質量會發生變化，因此，在高溫環境下，有時很難保證材料表面質量達到實驗要求。

因此，現有技術存在缺陷，需要改進。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種光纖環及其骨架材料膨脹系數簡易快速測量方法。

本發明的技術方案如下：

一種光纖環及其骨架材料膨脹系數簡易測量方法，其中包括以下步驟：

步驟1：將被測光纖環置于高低溫交變試驗箱中，升溫至60℃并保溫0.5小時后，迅速通過兩個固定塊垂直置于測量裝置底座上，使測針壓在被測光纖環徑向最高點，位移數顯表讀數置零，保持裝置不動，待被測光纖環冷卻到室溫后，位移數顯表讀數即為徑向變化量ΔL，同時在室溫下測出被測光纖環的基本尺寸L，采用預定公式計算得到徑向線膨脹系數；

步驟2：將被測光纖環置于高低溫交變試驗箱中，升溫至60℃并保溫0.5小時后，迅速通過1個固定塊水平設置于測量裝置底座上，使測針垂直被測光纖環軸向一側，位移數顯表讀數置零，保持裝置不動，待被測光纖環冷卻到室溫后，位移數顯表讀數即為軸向變化量ΔL，同時在室溫下測出被測光纖環的基本尺寸L，采用預定公式計算得到軸向線膨脹系數。

所述的測量方法，其中，所述步驟1中，通過兩個固定塊垂直置于測量裝置底座上的具體步驟為：將被測光纖環垂直設置于測量裝置底座上，同時采用兩個固定塊夾持，采用測針與被測光纖環連接，并在測針上設置有位移數顯表，所述測針、所述位移數顯表及被測光纖環均在同一垂直線上垂直于測量裝置底座。

所述的測量方法，其中，所述步驟2中，通過1個固定塊水平設置于測量裝置底座上的具體步驟為：將被測光纖環水平設置于測量裝置底座上，采用測針垂直與被測光纖環一側連接，并在測針上設置有位移數顯表，所述測針、所述位移數顯表垂直于所述被測光纖環及所述測量裝置底座。

所述的測量方法，其中，所述預定公式為：α＝(ΔL/Δt)/L，其中：α為線膨脹系數，單位為℃^-1；ΔL為徑/軸向變化量，單位為mm；L為室溫時徑/軸向基本尺寸，單位為mm；Δt為溫度差，單位為℃。