CN107907561A - 多重反射激光光杠杆测量金属线胀系数的装置及测量方法 - Google Patents

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骆泽如
余观夏
林杨帆
苏峻
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Abstract

本发明提出的是一种多重反射激光光杠杆测量金属线胀系数的装置及测量方法，其结构包括控制台，支撑柱，检测台，激光发射器，螺旋测微计平移台，A平面镜，B平面镜，标尺；其中控制台位于装置最底部，控制台的顶部设有支撑柱，支撑柱顶部安装检测台；螺旋测微计平移台通过卡箍与支撑柱连接，其顶端设有A平面镜；检测台的后侧安装激光发射器，其上方固定B平面镜，顶端设有标尺。优点：1）不用反复调节校准光路，提高实验效率；2）测量物理量少，提高实验测量精度；3）降低实验室占用空间，提高整体放大倍数数，操作简单；4）用激光代替读数望远镜，降低成本。

Description

多重反射激光光杠杆测量金属线胀系数的装置及测量方法
技术领域
本发明是多重反射激光光杠杆测量金属线胀系数的装置及测量方法，属于激光测量技术领域。
背景技术
现有测量金属线胀系数采用的光杠杆原理如附图1所示；其放大原理：△L=△x/N，其放大倍数：N=2D/b；要想使放大倍数N达到很大，就要常数D足够大和b足够小。但是在实验室条件下，D一般取1.0米左右，b取0.08米，放大倍数受到实验室空间的限制，放大倍数一般仅能够达到二十几倍。
现有测量金属线胀系数的技术方法存在以下缺点：1）光路调节复杂困难，实验操作效率低，调节时间长；2）放大倍数受到限制，测量物理量较多，系统误差大；3）读数望远镜成本高，实验操作占用空间大。
发明内容
本发明提出的是多重反射激光光杠杆测量金属线胀系数的装置及测量方法，其目的在于解决现有实验室放大镜降低实验室占用空间，解决光路调节困难问题，提高学生实验效率；同时减少物理量的测量，降低实验系统误差，提高实验精度。
本发明的技术解决方案：多重反射激光光杠杆测量金属线胀系数的装置，其结构包括控制台1，支撑柱2，检测台3，激光发射器4，螺旋测微计平移台5，A平面镜6，B平面镜7，标尺8；其中控制台1位于装置最底部，控制台1的顶部设有圆柱形的支撑柱2，支撑柱2的顶部安装检测台3；螺旋测微计平移台5通过卡箍与支撑柱2连接，其顶端设有A平面镜6；检测台3的后侧安装激光发射器4，激光发射器4的上方固定B平面镜7，B平面镜7的顶端设有标尺8。
本发明的优点：
1）不用反复调节校准光路，提高实验效率；
2）测量物理量少，提高实验测量精度；
3）通过两面反射镜，降低实验室占用空间，提高放大倍数；
4）通过改变激光入射角度和平面镜的长度即可增大放大倍数，操作简单；
5）用激光代替读数望远镜，降低成本。
附图说明
图1是现有测量金属线胀系数采用的光杠杆原理示意图。
图2是多重反射激光光杠杆测量金属线胀系数的装置结构示意图。
图中的1是控制台，2是支撑柱，3是检测台，4是激光发射器，5是螺旋测微计平移台，6是A平面镜，7是B平面镜，8是标尺，9是待测铜杆。
具体实施方式
对照附图2，多重反射激光光杠杆测量金属线胀系数的装置，其结构包括控制台1，支撑柱2，检测台3，激光发射器4，螺旋测微计平移台5，A平面镜6，B平面镜7，标尺8；其中控制台1位于装置最底部，控制台1的顶部设有圆柱形的支撑柱2，支撑柱2的顶部安装检测台3；螺旋测微计平移台5通过卡箍与支撑柱2连接，其顶端设有A平面镜6；检测台3的后侧安装激光发射器4，激光发射器4的上方固定B平面镜7，B平面镜7的顶端设有标尺8。
所述的支撑柱2的内部设有加热装置，用于加热检测台3上放置的待测铜杆9，使其受热产生膨胀；其温度可由温度传感器反馈显示于检测台3上。
所述的A平面镜6与B平面镜7两者的反射面相对平行设置，便于激光发射器4发出的激光光路能直观地反映在标尺8上。
所述的A平面镜6的下端设有前足尖和后足尖，前足尖的末端放在检测台3的中心，后足尖的末端放在螺旋测微计平移台上面。
其测量方法，包括如下步骤：
1）在加热测量前，启动激光发射器4，调节激光光路，经过A平面镜6与B平面镜7照射到标尺8的刻度上；通过调节螺旋测微计平移台5使A平面镜6升高或者降低一微小位移d，同时记录激光在标尺上的前后读数差△x，从而确定放大倍数N=△x/d；
2）将待测铜杆9设置于检测台3的中心，将A平面镜6的前足尖放在待测铜杆9的顶端；
3）启动支撑柱2的内部的加热装置，当待测铜杆9受热变化一个微小位移时，前足尖带动A平面镜6偏转一个微小角度，照射在标尺8上的激光相应产生一个较大位移量D；结合放大倍数N可得出待测铜杆9加热后的长度lt，通过线胀系数的计算公式，即可得出待测铜杆9的线胀系数α；其中l0为待测铜杆9在0℃时的长度，为已知数；t为温度，可由控制台1的温度传感器导出；
4）通过调整激光发射器4的入射角度或者A平面镜6、B平面镜7的长度，增加光束在两个平面镜之间的反射次数，从而增大光杠杆的放大倍数N。
本发明解决了现有传统利用光杠杆测量金属线胀系数的方法中所需仪器较多、光路调节困难、占用空间较大等问题，同时解决了现有光杠杆放大倍数需要进行多物理量测量和计算的问题，减少系统误差。

Claims (5)

1.多重反射激光光杠杆测量金属线胀系数的装置，其特征是包括控制台，支撑柱，检测台，激光发射器，螺旋测微计平移台，A平面镜，B平面镜，标尺；其中控制台位于装置最底部，控制台的顶部设有圆柱形的支撑柱，支撑柱的顶部设有检测台；螺旋测微计平移台通过卡箍与支撑柱连接，其顶端设有A平面镜；检测台的后侧设有激光发射器，激光发射器的上方固定B平面镜，B平面镜的顶端设有标尺。
2.根据权利要求1所述的多重反射激光光杠杆测量金属线胀系数的装置，其特征在于，所述的支撑柱的内部设有加热装置及温度传感器。
3.根据权利要求1所述的多重反射激光光杠杆测量金属线胀系数的装置，其特征在于，所述的A平面镜与B平面镜两者的反射面相对平行设置。
4.根据权利要求1所述的多重反射激光光杠杆测量金属线胀系数的装置，其特征在于，所述的A平面镜的下端设有前足尖和后足尖，前足尖的末端设于检测台的中心，后足尖的末端设于螺旋测微计平移台上面。
5.利用如权利要求1所述的多重反射激光光杠杆测量金属线胀系数的装置的测量方法，其特征是包括如下步骤：
1）在加热测量前，启动激光发射器，调节激光光路，经过A平面镜与B平面镜照射到标尺的刻度上；通过调节螺旋测微计平移台使A平面镜升高或者降低一微小位移d，同时记录激光在标尺上的前后读数差△x，从而确定放大倍数N=△x/d；
2）将待测铜杆设置于检测台的中心，将A平面镜的前足尖放在待测铜杆的顶端；
3）启动支撑柱的内部的加热装置，当待测铜杆受热变化一个微小位移时，前足尖带动A平面镜偏转一个微小角度，照射在标尺上的激光相应产生一个较大位移量D；结合放大倍数N得出待测铜杆加热后的长度lt，通过线胀系数的计算公式，即得出待测铜杆的线胀系数α；其中l0为待测铜杆在0℃时的长度，为已知数；t为温度，由控制台的温度传感器导出；
4）通过调整激光发射器的入射角度或者A平面镜、B平面镜的长度，增加光束在两个平面镜之间的反射次数，从而增大光杠杆的放大倍数N。
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