[發(fā)明專利]一種利用激光測量材料熱膨脹系數(shù)的裝置及方法

有效

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• 申請日: 2014-08-25
• 公開（公告）號: CN104198437A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王愿兵;童浩;張鑫;張雨;李小平
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢嘉儀通科技有限公司
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45;G01N25/16
• 代理公司: 武漢開元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 唐正玉

1.一種利用激光測量材料熱膨脹系數(shù)的裝置，包括兩個偏振分束器 (PBS)、加熱爐、兩個反光鏡、一個1/4波長的玻片、一個凸透鏡、一個 光功率傳感器，其特征在于：兩個PBS垂直放置在同一豎直平面內(nèi)，第二 個PBS下方放置一個1/4波長的玻片，兩個反光鏡分別與水平面成45度放 置，每個反光鏡與一個PBS對應(yīng)，凸透鏡放置在兩個PBS一側(cè)并能將兩束 通過PBS的光束聚焦，凸透鏡的焦點位置放置光功率傳感器，加熱爐位于 1/4波長的玻片下方；激光器發(fā)出的激光經(jīng)過第一個PBS后分出的一束S 光和P光，S光依次經(jīng)過第一個反光鏡、第二個反光鏡后入射到第二個PBS 后反射到第一個PBS，經(jīng)第一個PBS反射入射到凸透鏡；P光依次透過第二 個PBS和1/4波長的玻片到加熱爐內(nèi)的待測非透光材料表面進行反射后再 次經(jīng)過1/4波長的玻片轉(zhuǎn)化為另一束S光，經(jīng)第二個PBS反射到凸透鏡， 兩束S光發(fā)生干涉，光功率傳感器檢測干涉后的反射光功率，連續(xù)升溫測 量，得到待測非透光材料的反射光功率與溫度的曲線。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用激光測量材料熱膨脹系數(shù)的裝置，其特 征在于：還包括一塊擋光板，擋光板放置在第一反光鏡與第一個PBS之間； 激光器發(fā)出的激光經(jīng)過第一個PBS后分出的一束S光和P光，S光被擋；P 光依次透過第二個PBS和1/4波長的玻片到加熱爐內(nèi)的待測透光材料上下 表面的半透半反膜分別進行反射后再次經(jīng)過1/4波長的玻片轉(zhuǎn)化為兩束S 光，經(jīng)第二個PBS反射入射到凸透鏡，兩束S光發(fā)生干涉，光功率傳感器 檢測干涉后的反射光功率，連續(xù)升溫測量，得到待測透光材料的反射光功 率與溫度的曲線。

3.利用權(quán)利要求1所述的裝置測量非透光材料熱膨脹系數(shù)的方法，其 特征在于按以下步驟進行：將一個具有反射面的非透光材料樣品放入加熱 爐加熱，同時將一束激光入射，激光器發(fā)出的激光經(jīng)過第一個PBS后分出 的一束S光和P光，S光依次經(jīng)過第一個反光鏡、第二個反光鏡后入射到 第二個PBS后反射到第一個PBS，經(jīng)第一個PBS反射入射到凸透鏡；P光依 次透過第二個PBS和1/4波長的玻片到加熱爐內(nèi)的樣品表面進行反射后再 次經(jīng)過1/4波長的玻片轉(zhuǎn)化為另一束S光，經(jīng)第二個PBS反射到凸透鏡， 兩束S光發(fā)生干涉，光功率傳感器檢測干涉后的反射光功率，連續(xù)升溫測 量，得到待測非透光材料的反射光功率與溫度的曲線，線性熱膨脹系數(shù)α 的定義公式：

α＝ΔL/(L*ΔT)???(1)

T1和T2分別為反射光功率與溫度的曲線中相鄰反射光功率最大時對 應(yīng)的溫度值，ΔT＝T2-T1；L為樣品的厚度，ΔL為樣品受熱膨脹的形變距 離；

根據(jù)光干涉原理可知樣品的熱膨脹系數(shù)α公式為：

α＝N*λ/(L*ΔT)???(2)

其中N為反射光功率兩個最大值之間的變化周期數(shù)，λ為入射激光的 波長。

4.利用權(quán)利要求2所述的裝置測量透光材料熱膨脹系數(shù)的方法，其特 征在于按以下步驟進行：將一個待測透光材料上下表面均鍍半透半反膜樣 品放入加熱爐加熱，同時將一束激光入射第一個PBS后分為一束P光和第 一束S光，激光器發(fā)出的激光經(jīng)過第一個PBS后分出的一束S光和P光，S 光被擋；P光依次透過第二個PBS和1/4波長的玻片到加熱爐內(nèi)的待測透 光材料上下表面的鍍半透半反膜進行反射反再次經(jīng)過1/4波長的玻片轉(zhuǎn)化 為兩束S光，經(jīng)第二個PBS反射入射到凸透鏡，兩束S光發(fā)生干涉，光功 率傳感器檢測干涉后的反射光功率，連續(xù)升溫測量，得到待測透光材料的 反射光功率與溫度的曲線，線性熱膨脹系數(shù)α的定義公式：

α＝ΔL/(L*ΔT)???(1)

T1和T2分別為反射光功率與溫度的曲線中相鄰反射光功率最大時對 應(yīng)的溫度值，ΔT＝T2-T1；L為樣品的厚度，ΔL為樣品受熱膨脹的形變距 離；

根據(jù)光干涉原理可知樣品的熱膨脹系數(shù)α公式為：

α＝N*λ/(L*ΔT)???(2)

其中N為反射光功率兩個最大值之間的變化周期數(shù)，λ為入射激光的波長。