CN103645206B - 一种光纤环及其骨架材料膨胀系数简易测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光纤环及其骨架材料膨胀系数简易测量方法，测量装置的底座为人造大理石台板，上面安装适当的支架固定位移数显表，用以测量光纤环及其骨架材料随温度变化的位移量。支架相对于底座的安装，要求保证相应的垂直度、平行度等位置度要求，并与底座的连接牢固可靠。采用上述方案测量材料的线膨胀系数，虽然测量精度不是很高，但对被测量材料的外形没有特别要求，可以实现光纤环及其骨架材料线膨胀系数的简单快速测量。

Description

一种光纤环及其骨架材料膨胀系数简易测量方法

技术领域

本发明属于测量技术领域，尤其涉及的是一种光纤环及其骨架材料膨胀系数简易快速测量方法。

背景技术

光纤环作为光纤陀螺的核心传感部件，其性能的好坏将对光纤陀螺的最终技术指标，目前光纤陀螺用光纤环主要有两种形式：有骨架和无骨架，无骨架的光纤环安装时采用压板方式进行固定，由于对外界震动比较敏感，一般只用在震动较小的特定场合；而应用更多的是有骨架的光纤环，由于光纤环与骨架材料的膨胀系数通常不一致，在环境温度变化时骨架对光纤环产生挤压或拉伸，从而对光纤环的性能产生很大的影响，为此，需要对光纤环和骨架材料的膨胀系数进行测量，以找出匹配的骨架材料。

传统的线膨胀系数传统的测量方法主要有顶杆式膨胀计法、读数显微镜法、全息干涉法、迈克尔逊干涉法、多光束干涉法等，其基本的组成主要有温度控制加热系统、位移测量系统（如干涉仪、显微镜等）、电测系统。顶杆式膨胀计法、读数显微镜法法虽然简单易行，但对长度变化量的测量精度低，不能用于测量线胀系数较小的材料，对干涉法由于其干涉条纹的精细程度高而被用来测量固体材料的线膨胀系数，然而在测量中因需要加热固体样品直接用来推动干涉仪的镜面移动，使镜面移动在加热温度较高时有可能偏离方向，增加了操作难度，对测量环境要求也高，不能用于光纤环及其骨架材料膨胀系数的测量。

通过对各种测量方法的比较，可以看出：顶杆法涵盖了低温、中温和高温范围，测量范围相对较广，凡是利用激光技术的方法，精度都很高，但由于测量装置本身的限制，测量范围受到限制，样品形状一般为杆状，由于测量装置的设计，有的设计成方杆，有的设计成圆杆，测量属于相对测量还是绝对测量，则取决于装置的设计，大部分方法都是相对测量装置，只有一部分装置才是绝对测量装置，如激光干涉法。

激光干涉法测量材料线膨胀系数和传统的顶杆法相比，具有测量准确和测量分辨率高等优点。这种方法主要在一些国家计量单位和对测量准确度有很高要求的实验室采用，由于设备昂贵，一般不用于现场测量。由于该方法测量的是样品的长度随温度的绝对变化，不与其他任何物质的物性发生关系，属绝对测量方法，因此常用于给出参考物质的线膨胀率。由于采用激光干涉法测量材料线膨胀系数时，需要样品表面有足够的光反射强度，以便能够采集、测量干涉条纹变化。加热过程中，由于材料发生形变和相变，样品表面质量会发生变化，因此，在高温环境下，有时很难保证材料表面质量达到实验要求。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种光纤环及其骨架材料膨胀系数简易快速测量方法。

本发明的技术方案如下：

一种光纤环及其骨架材料膨胀系数简易测量方法，其中包括以下步骤：

步骤1：将被测光纤环置于高低温交变试验箱中，升温至60℃并保温0.5小时后，迅速通过两个固定块垂直置于测量装置底座上，使测针压在被测光纤环径向最高点，位移数显表读数置零，保持装置不动，待被测光纤环冷却到室温后，位移数显表读数即为径向变化量ΔL，同时在室温下测出被测光纤环的基本尺寸L，采用预定公式计算得到径向线膨胀系数；

步骤2：将被测光纤环置于高低温交变试验箱中，升温至60℃并保温0.5小时后，迅速通过1个固定块水平设置于测量装置底座上，使测针垂直被测光纤环轴向一侧，位移数显表读数置零，保持装置不动，待被测光纤环冷却到室温后，位移数显表读数即为轴向变化量ΔL，同时在室温下测出被测光纤环的基本尺寸L，采用预定公式计算得到轴向线膨胀系数。

所述的测量方法，其中，所述步骤1中，通过两个固定块垂直置于测量装置底座上的具体步骤为：将被测光纤环垂直设置于测量装置底座上，同时采用两个固定块夹持，采用测针与被测光纤环连接，并在测针上设置有位移数显表，所述测针、所述位移数显表及被测光纤环均在同一垂直线上垂直于测量装置底座。

所述的测量方法，其中，所述步骤2中，通过1个固定块水平设置于测量装置底座上的具体步骤为：将被测光纤环水平设置于测量装置底座上，采用测针垂直与被测光纤环一侧连接，并在测针上设置有位移数显表，所述测针、所述位移数显表垂直于所述被测光纤环及所述测量装置底座。

所述的测量方法，其中，所述预定公式为：α＝(ΔL/Δt)/L，其中：α为线膨胀系数，单位为℃^-1；ΔL为径/轴向变化量，单位为mm；L为室温时径/轴向基本尺寸，单位为mm；Δt为温度差，单位为℃。

所述的测量方法，其中，所述测量装置底座为人造大理石台板；所述位移数显表为内置光栅尺的数显测距表，位移数显表的表头装有采用热惰性材料加工的测量探针。

所述的测量方法，其中，所述测量探针的直径尺寸为10mm。

采用上述方案，快速确定光纤环及其骨架材料的轴向和径向膨胀系数，为光纤环的结构设计提供技术依据，对光纤环及其骨架材料膨胀系数的测量主要要求快速简单，对测量温度范围和精度方面要求不是很高。

附图说明

图1为本发明光纤环径向膨胀系数测量结构示意图。

图2为本发明光纤环轴向膨胀系数测量结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1所示，将被测光纤环2置于高低温交变试验箱中，升温至60℃并保温0.5小时后，迅速通过两个固定块3置于测量装置底座1上，也就是说，将被测光纤环2垂直设置于测量装置底座1上，并同时采用两个固定块3夹持，采用测针4与被测光纤环2连接，并在测针4上设置有位移数显表5，测针4、位移数显表5及被测光纤环2均在同一垂直线上垂直于测量装置底座1上，通过适当调整，使测针4压在光纤环径向最高点，位移数显表5读数置零，保持装置不动，待被测光纤环2冷却到室温后，位移数显表5读数即为径向变化量ΔL，同时在室温下测出被测光纤环的基本尺寸L，则被测光纤环径向线膨胀系数可通过公式一得出，径向膨胀系数：

α＝(ΔL/Δt)/L

式中：α为线膨胀系数，单位为℃^-1；ΔL为径向变化量，单位为mm；L为室温时径向基本尺寸，单位为mm；Δt为温度差，单位为℃。

如图2所示，将被测光纤环2置于高低温交变试验箱中，升温至60℃，并保温0.5小时后，迅速通过1个固定块3置于测量装置底座1上，也就是说，将被测光纤环2水平设置于测量装置底座1上，采用测针4垂直与被测光纤环2一侧连接，并在测针4上设置有位移数显表5，测针4、位移数显表5垂直于被测光纤环2及测量装置底座1，通过适当调整，使测针4压在光纤环轴向最高点，位移数显表5读数置零，保持装置不动，待被测光纤环2冷却到室温后，位移数显表5读数即为轴向变化量ΔL，同时在室温下测出被测光纤环的基本尺寸L，则被测光纤环轴向线膨胀系数可通过公式一得出，轴向膨胀系数：

α＝(ΔL/Δt)/L

式中：α为线膨胀系数，单位为℃^-1；ΔL为径向变化量，单位为mm；L为室温时径向基本尺寸，单位为mm；Δt为温度差，单位为℃。

实施例2

在上述实施例的基础上，进一步，如图1-图2所示，本发明提供一种光纤环及其骨架材料膨胀系数简易测量方法，其中，包括以下步骤：

步骤1：将被测光纤环2置于高低温交变试验箱中，升温至60℃并保温0.5小时后，迅速通过两个固定块3垂直置于测量装置底座1上，使测针4压在被测光纤环2径向最高点，位移数显表5读数置零，保持装置不动，待被测光纤环2冷却到室温后，位移数显表5读数即为径向变化量ΔL，同时在室温下测出被测光纤环2的基本尺寸L，采用预定公式计算得到径向线膨胀系数；

步骤2：将被测光纤2环置于高低温交变试验箱中，升温至60℃并保温0.5小时后，迅速通过1个固定块3水平设置于测量装置底座1上，使测针4垂直被测光纤环轴向一侧，位移数显表5读数置零，保持装置不动，待被测光纤2环冷却到室温后，位移数显表5读数即为轴向变化量ΔL，同时在室温下测出被测光纤环2的基本尺寸L，采用预定公式计算得到轴向线膨胀系数。

所述步骤1中，通过两个固定块3垂直置于测量装置底座1上的具体步骤为：将被测光纤环2垂直设置于测量装置底座1上，同时采用两个固定块3夹持，采用测针4与被测光纤环2连接，并在测针4上设置有位移数显表5，所述测针4、所述位移数显表5及被测光纤2环均在同一垂直线上垂直于测量装置底座。

所述步骤2中，通过1个固定块3水平设置于测量装置底座1上的具体步骤为：将被测光纤环2水平设置于测量装置底座1上，采用测针4垂直与被测光纤环2一侧连接，并在测针4上设置有位移数显表5，所述测针4、所述位移数显表5垂直于所述被测光纤环2及所述测量装置底座1。

上述中，所述预定公式为：α＝(ΔL/Δt)/L，其中：α为线膨胀系数，单位为℃^-1；ΔL为径/轴向变化量，单位为mm；L为室温时径/轴向基本尺寸，单位为mm；ΔL为温度差，单位为℃。

所述测量装置底座1为人造大理石台板；所述位移数显表5为内置光栅尺的数显测距表，位移数显表5的表头装有采用热惰性材料加工的测量探针。所述测量探针的直径尺寸为10mm。

进一步说明，测量装置的底座1为人造大理石台板，上面安装适当的支架固定位移数显表5，用以测量光纤环2及其骨架材料随温度变化的位移量。支架相对于底座的安装，要求保证相应的垂直度、平行度等位置度要求，并与底座的连接牢固可靠。位移数显表5为内置光栅尺的数显测距表，表头加装采用热惰性材料加工的测量探针，以降低热传递效率，减小位移测量误差，同时，探针的直径尺寸为10mm，以加大探针与被测件的接触面积，降低接触点的压强，减小被测件接触点的压变形。固定块3亦采用热惰性材料加工而成，以避免被测光纤环2及其骨架固定放置时局部的温度骤变，固定块3的尺寸无严格要求，随被测光纤环及其骨架的尺寸大小作相应调整，以被测件放置稳妥为准。

本发明首次采用微位移法直接测量光纤环及其骨架材料径向和轴向长度微小相对变化量；并且采用热惰性材料测量探针，降低热传递效率，减小位移测量误差，本发明的测量范围大，对被测量材料的形状没有要求，不需要对被测件进行特殊加工，测量方法简单快捷、方便，不需要繁杂的测量过程，对测量环境没有特殊要求。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种光纤环及其骨架材料膨胀系数简易测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将被测光纤环置于高低温交变试验箱中，升温至60℃并保温0.5小时后，迅速通过两个固定块垂直置于测量装置底座上，使测针压在被测光纤环径向最高点，位移数显表读数置零，保持装置不动，待被测光纤环冷却到室温后，位移数显表读数即为径向变化量ΔL，同时在室温下测出被测光纤环的基本尺寸L，采用预定公式计算得到径向线膨胀系数；

所述迅速通过两个固定块垂直置于测量装置底座上的具体步骤为：将被测光纤环垂直设置于测量装置底座上，同时采用两个固定块夹持，采用测针与被测光纤环连接，并在测针上设置有位移数显表，所述测针、所述位移数显表及被测光纤环均在同一垂直线上垂直于测量装置底座；

步骤2：将被测光纤环置于高低温交变试验箱中，升温至60℃并保温0.5小时后，迅速通过1个固定块水平设置于测量装置底座上，使测针垂直被测光纤环轴向一侧，位移数显表读数置零，保持装置不动，待被测光纤环冷却到室温后，位移数显表读数即为轴向变化量ΔL，同时在室温下测出被测光纤环的基本尺寸L，采用预定公式计算得到轴向线膨胀系数；

所述通过1个固定块水平设置于测量装置底座上的具体步骤为：将被测光纤环水平设置于测量装置底座上，采用测针垂直与被测光纤环一侧连接，并在测针上设置有位移数显表，所述测针、所述位移数显表垂直于所述被测光纤环及所述测量装置底座。

2.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述预定公式为：

α＝(ΔL/Δt)/L,其中：α为线膨胀系数，单位为℃^-1；ΔL为径/轴向变化量，单位为mm；L为室温时径/轴向基本尺寸，单位为mm；Δt为温度差，单位为℃。

3.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述测量装置底座为人造大理石台板；所述位移数显表为内置光栅尺的数显测距表，位移数显表的表头装有采用热惰性材料加工的测量探针。

4.如权利要求3所述的测量方法，其特征在于，所述测量探针的直径尺寸为10mm。