CN105092987A - 一种光学检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光学检测装置及方法，包括垂直设置的测量光路和参考光路，在所述测量光路上依次设置有激光器、扩束镜、分束器、补偿器、移动反射镜和压电陶瓷，当所述压电陶瓷发生形变时，所述移动反光镜随压电陶瓷形变在测量光路方向上发生位移，所述压电陶瓷还连接有控制电箱；在所述参考光路包括与分光器处于同一轴线上的固定反射镜和观察屏，所述反射镜和观察屏分别设置在分光器的上方和下方。本发明的有益效果是能够方便的改变施加在压电陶瓷两端的电压，进而改变压电陶瓷的电场强度，能够精确的测量压电陶瓷微小的伸长量。
Description
技术领域
本发明属于物理实验仪器技术领域，尤其是涉及一种光学检测装置及方法。
背景技术
压电陶瓷是一种新型微位移材料，具有体积小重量轻等特点，在光学、机械制造、生物工程、机器人等技术领域得到了广泛应用。压电陶瓷的逆压电效应让压电陶瓷在电场的作用下产生应变，应变的大小和电场的大小成正比。用公式可描述为：s＝dE其中d为压电系数，E为电场强度，s为压电陶瓷的应变，在测量压电陶瓷的位移特性时，压电陶瓷的伸长量ΔL就是压电陶瓷的应变，所以有ΔL＝dE压电陶瓷特性和性能指标直接影响了机械结构和控制系统的设计。现阶段，关于压电陶瓷动态频率响应的测试装置过于复杂且实现困难，测试精度不高，且对传感器响应速度要求苛刻，制造成本高。
发明内容
针对现有技术方法上的不足，本发明目的是提供一种光学检测装置及方法，能够方便的改变施加在压电陶瓷两端的电压，进而改变压电陶瓷的电场强度，能够精确的测量压电陶瓷微小的伸长量。
本发明的技术方案是：一种光学检测装置，包括垂直设置的测量光路和参考光路，在所述测量光路上依次设置有激光器、扩束镜、分束器、补偿器、移动反射镜和压电陶瓷，当所述压电陶瓷发生形变时，所述移动反光镜随压电陶瓷形变在测量光路方向上发生位移，所述压电陶瓷还连接有控制电箱；在所述参考光路包括与分光器处于同一轴线上的固定反射镜和观察屏，所述反射镜和观察屏分别设置在分光器的上方和下方。
进一步，所述移动反射镜与压电陶瓷一端固定连接。
进一步，所述控制电箱上还设置有电压调节旋钮，电压数显表头，电压正负方向切换开关。
进一步，所述激光器为单模氦氖激光器。
进一步，所述激光器、扩束镜、分束器、补偿器和移动反射镜中心位于同一横向轴线上的。
进一步，所述的分束器和补偿器与水平轴线呈45度角，所述移动反射镜竖直设置。
进一步，所述的分束器和补偿器是两个平行、厚度相同的光学玻璃。
一种光学检测方法，应用在上述的光学检测装置中，包括以下步骤：
步骤1：将测量光路上的激光器、扩束镜、分束器、补偿器和移动反射镜沿同一横向轴线设置；将参考光路中的固定反射镜和观察屏沿同一纵向轴线分别设置在分光器的上方和下方；
步骤2：将待检测压电陶瓷紧固于移动反射镜一端，使移动反光镜可随所述压电陶瓷形变在测量光路方向上发生位移；
步骤3：通过控制电箱向所述压电陶瓷施加测量电压，使所述压电陶瓷随测量电压发生形变，从而在在观察屏上形成干涉圆环；
步骤4：通过控制电箱改变加载在压电陶瓷上的电压，压电陶瓷在电场的作用下伸长，推动移动反光镜移动，改变测量光路和参考光路的光程差，从而在观察屏上形成数量为N的若干干涉圆；
步骤5：通过测量可知，压电陶瓷伸长量：结合公式ΔL＝dE，可得到压电陶瓷的压电系数：
进一步，所述控制电箱向压电陶瓷施加测量电压在0～150V内稳定连续变化。
进一步，所述激光器发出的光为单色光源。
本发明具有的优点和积极效果是：本发明的效果是提供了一种简单方便的光学检测装置及方法，加载在压电陶瓷两端的电压可通过控制电箱改变，电压值可通过数显表头方便读出，电压正负方向和通过控制电箱上的开关任意切换，压电陶瓷的伸长量可通过迈克尔逊干涉仪圆环改变的数量计算得出，简单有效、测量精度高、具有通用性且易于使用的优点。
附图说明
图1是本发明的光学检测装置结构示意图；
图2是本发明的光学检测方法流程图。
图中：
1、激光器2、扩束镜3、分束器
4、固定反射镜5、补偿器6、移动反光镜
7、压电陶瓷8、控制电箱9、观察屏
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明。
如图1本发明的光学检测装置结构示意图所示，本发明提供一种光学检测装置及方法，包括垂直设置的测量光路和参考光路，在所述测量光路上依次设置有激光器1、扩束镜2、分束器3、补偿器5、移动反射镜6和压电陶瓷7，当所述压电陶瓷7发生形变时，所述移动反光镜6随压电陶瓷7形变在测量光路方向上发生位移，所述压电陶瓷7还连接有控制电箱8；在所述参考光路包括与分光器3处于同一轴线上的固定反射镜4和观察屏9，所述反射镜4和观察屏9分别设置在分光器3的上方和下方。
所述移动反射镜6与压电陶瓷7一端固定连接。所述控制电箱8上还设置有电压调节旋钮，电压数显表头，电压正负方向切换开关。
所述激光器1为单模氦氖激光器。所述激光器1、扩束镜2、分束器3、补偿器5和移动反射镜6中心位于同一横向轴线上的。
所述的分束器3和补偿器5与水平轴线呈45度角，所述移动反射镜6竖直设置。所述的分束器3和补偿器5是两个平行、厚度相同的光学玻璃。
本发明提供一种光学检测装置，具体实施中，由激光器1产生的激光光束，经过扩束镜2变成发散光束，光束经过分束器3分光，一束打到固定反射镜4上，一束经过补偿器5打到移动反光镜6上。两束分别经过固定反射镜4和移动反光镜6反射的光，再次经过分束器3，在观察屏9上形成干涉圆环。通过控制电箱8，改变加载在压电陶瓷7上的电压，压电陶瓷7在电场的作用下伸长，推动移动反光镜6随着压电陶瓷7的伸长在光路方向上移动，改变迈克尔逊干涉仪两干涉臂的光程差，从而在观察屏上形成数量为N的若干干涉圆环，从而来计量压电陶瓷的伸缩量。
一种光学检测方法，包括以下步骤：
步骤1：将测量光路上的激光器1、扩束镜2、分束器3、补偿器5和移动反射镜6沿同一横向轴线设置；将参考光路中的固定反射镜4和观察屏9沿同一纵向轴线分别设置在分光器3的上方和下方；
步骤2：将待检测压电陶瓷7紧固于移动反射镜6一端，使移动反光镜6可随所述压电陶瓷7形变在测量光路方向上发生位移；
步骤3：通过控制电箱8向所述压电陶瓷7施加测量电压，使所述压电陶瓷7随测量电压发生形变，从而在观察屏9上形成干涉圆环；
步骤4：通过控制电箱8改变加载在压电陶瓷7上的电压，压电陶瓷7在电场的作用下伸长，推动移动反光镜6移动，改变测量光路和参考光路的光程差，从而在观察屏9上形成数量为N的若干干涉圆环；
步骤5：通过测量可知，压电陶瓷伸长量：结合公式ΔL＝dE，可得到压电陶瓷的压电系数：
所述控制电箱8向压电陶瓷7施加测量电压在0～150V内稳定连续变化。
所述激光器1发出的光为单色光源。
使用本发明提供一种光学检测装置时，所述控制电箱8可控制加载在压电陶瓷7两端的电压，其电压在0～150V内稳定连续可变，其带有数显表头显示实时电压；所述控制电箱带有切换开关，可切换加载在压电陶瓷两端的电压的正负方向。通过控制电箱8改变加载在压电陶瓷7上的电压V，在观察屏9上观察到干涉圆环消失或冒出N个。
通过迈克尔逊干涉仪原理可知，压电陶瓷伸长量：结合公式ΔL＝dE，可得到压电陶瓷的压电系数：其中λ为氦氖激光器的波长，L为压电陶瓷的长度。另外，通过改变加载在压电陶瓷7上的电压V，测量对应的伸长量ΔL，可以得到压电陶瓷伸长量ΔL和加载电压V的对应曲线图。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (10)
1.一种光学检测装置，其特征在于：所述包括垂直设置的测量光路和参考光路，在所述测量光路上依次设置有激光器(1)、扩束镜(2)、分束器(3)、补偿器(5)、移动反射镜(6)和压电陶瓷(7)，当所述压电陶瓷(7)发生形变时，所述移动反光镜(6)随压电陶瓷(7)形变在测量光路方向上发生位移，所述压电陶瓷(7)还连接有控制电箱(8)；在所述参考光路包括与分光器(3)处于同一轴线上的固定反射镜(4)和观察屏(9)，所述反射镜(4)和观察屏(9)分别设置在分光器(3)的上方和下方。
2.根据权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于：所述移动反射镜(6)与压电陶瓷(7)一端固定连接。
3.根据权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于：所述控制电箱(8)上还设置有电压调节旋钮，电压数显表头，电压正负方向切换开关。
4.根据权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于：所述激光器(1)为单模氦氖激光器。
5.根据权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于：所述测量光路横向设置，测量光路上的激光器(1)、扩束镜(2)、分束器(3)、补偿器(5)和移动反射镜(6)中心位于同一横向轴线上的。
6.根据权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于：所述的分束器(3)和补偿器(5)与水平轴线呈45度角，所述移动反射镜(6)竖直设置。
7.根据权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于：所述的分束器(3)和补偿器(5)是两个平行、厚度相同的光学玻璃。
8.一种光学检测方法，应用在上述的光学检测装置中，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将测量光路上的激光器(1)、扩束镜(2)、分束器(3)、补偿器(5)和移动反射镜(6)沿同一横向轴线设置；将参考光路中的固定反射镜(4)和观察屏(9)沿同一纵向轴线分别设置在分光器(3)的上方和下方；
步骤2：将待检测压电陶瓷(7)紧固于移动反射镜(6)一端，使移动反光镜(6)可随所述压电陶瓷(7)形变在测量光路方向上发生位移；
步骤3：通过控制电箱(8)向所述压电陶瓷(7)施加测量电压，使所述压电陶瓷(7)随测量电压发生形变，从而在在观察屏(9)上形成干涉圆环；
步骤4：通过控制电箱(8)改变加载在压电陶瓷(7)上的电压，压电陶瓷(7)在电场的作用下伸长，推动移动反光镜(6)移动，改变测量光路和参考光路的光程差，从而在观察屏(9)上形成数量为N的若干干涉圆环；
步骤5：通过测量可知，压电陶瓷伸长量：结合公式ΔL＝dE，可得到压电陶瓷的压电系数：
9.根据权利要求8所述的光学检测方法，其特征在于：所述控制电箱(8)向压电陶瓷(7)施加测量电压在0～150V内稳定连续变化。
10.根据权利要求8所述的光学检测方法，其特征在于：所述激光器(1)发出的光为单色光源。
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