CN108680263A - 一种基于激光干涉的非接触式玻璃温度测量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于激光干涉的非接触式玻璃温度测量系统,包括发射模块、激光扩束器、全透玻璃片、恒温加热台、接收模块、玻璃温度测量显示器、摄像机、计算机、支撑架;发射模块、激光扩束器、全透玻璃片都在支撑架上,且从上往下竖直排放;恒温加热台在全透玻璃片正下方;接收模块位于全透玻璃片斜上方;接收模块与玻璃温度测量显示器连接;摄像机与计算机连接;本发明采用全透玻璃片与待测玻璃构成劈尖干涉,并通过玻璃温度测量显示器获取第一干涉条纹移动数目,通过摄像机和计算机获取第二干涉条纹移动数目,从而获取修正干涉条纹移动数目,进而得到待测玻璃片实时温度,装置结构简单合理,成本低廉、操作方便,适合推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及物理工业技术研究领域,特别涉及一种基于激光干涉的非接触式玻璃温度测量系统及方法。
背景技术
在科学研究和实际应用方面,人们对温度的要求越来越高,例如在超精密光学玻璃加工机床温度控制系统中,为了保证加工精度必然加大对温度控制的要求,这就需要精确地测定玻璃的温度。
广泛应用的非接触式红外测温装置可能出现下列问题:1、须基于材料发射率来预置测温装置参数;2、测量精度受测温目标大小与测温距离的影响;3、测温范围受被测材料限制。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足,提供一种基于激光干涉的非接触式玻璃温度测量系统。
本发明的另一目的在于提供一种基于激光干涉的非接触式玻璃温度测量方法。
本发明的主要目的通过以下的技术方案实现:
一种基于激光干涉的非接触式玻璃温度测量系统,包括发射模块、激光扩束器、全透玻璃片、恒温加热台、接收模块、玻璃温度测量显示器、摄像机、计算机、支撑架;
所述发射模块、激光扩束器、全透玻璃片都在支撑架上,且从上往下竖直排放;所述恒温加热台在全透玻璃片正下方;所述接收模块位于全透玻璃片斜上方;接收模块与玻璃温度测量显示器连接;所述摄像机与计算机连接;
所述发射模块包含红光激光发射器;红光激光发射器用于发射激光;
所述摄像机的图像信号输出端与计算机的图像信号输入端连接;
所述激光扩束器用于扩束发射的激光;
所述全透玻璃片位于待测玻璃片上方,与待测玻璃片形成劈尖干涉,并将激光发射到接收模块;
所述摄像机用于拍摄记录待测玻璃在加热过程中干涉条纹图样变化情况;所述计算机用于将获取的干涉条纹图样变化情况进行分析处理;
所述接收模块包含干涉图样接收板、光电二极管;所述干涉图样接收板用于接收劈尖干涉形成的干涉条纹图样;所述光电二极管用于识别待测玻璃片加热过程中干涉条纹的移动数目,即光电二极管将干涉条纹移动产生的亮度变化转化为电信号,并将电信号传送至玻璃温度测量显示器;
所述玻璃温度测量显示器包含主控芯片、蓝牙模块、数码管,所述主控芯片用于记录干涉条纹移动数目和待测玻璃片实时温度;所述蓝牙模块用于与计算机连接通讯;所述数码管与主控芯片连接,用于实时显示待测玻璃片的实时温度。
优选的,蓝牙模块为HC-06模块;
优选的,红光激光发射器为5V铜材半导体激光管;
优选的,计算机能进行图像分析和处理;
优选的,干涉图样接收板为白色不透明硬纸板;
优选的,主控芯片为STM32F103RCT6单片机;
本发明的另一目的通过以下技术方案实现:
一种基于激光干涉的非接触式玻璃温度测量方法,通过一种基于激光干涉的非接触式玻璃温度测量系统来实现,包括以下步骤:
S1、启动红光激光发射器,红光激光发射器发射激光经激光扩束器后射入全透玻璃片与待测玻璃片组成的劈尖干涉,干涉图样接收板产生待测玻璃片初始温度下产生的干涉条纹图样;
S2、启动玻璃温度测量显示器,输入待测玻璃片的初始温度,玻璃温度测量显示器的主控芯片获得光电二极管传输的待测玻璃片在初始温度下干涉图样接收板形成的初始干涉条纹图样,并进行记录;摄像机传输干涉图样接收板上待测玻璃片在初始温度下产生的干涉条纹图样给计算机,计算机进行记录;
S3、玻璃温度测量显示器与计算机通过蓝牙进行配对接连;
S4、恒温加热台对待测玻璃片进行加热,在待测玻璃片受热发生形变时,干涉图样接收板的干涉条纹进行移动,光电二极管将干涉条纹移动产生的亮度变化转化为电信号,并将电信号传送至玻璃温度测量显示器;
S5、玻璃温度测量显示器对电信号进行处理分析,即进行A/D转换,得到第一干涉条纹移动数目N1;
S6、摄像机将干涉图样接收板上干涉条纹移动情况记录,并传送至计算机,计算机对干涉条纹移动情况进行分析处理,得到第二干涉条纹移动数目N2,并将第二干涉条纹移动数目N2传送至玻璃温度测量显示器的主控芯片;
S7、由第一干涉条纹移动数目N1和第二干涉条纹移动数目N2得到修正干涉条纹移动数目N:
根据修正干涉条纹移动数目,计算得到待测玻璃片实时温度:
其中,T0为待测玻璃片初始温度;λ为激光波长;n为待测玻璃片折射率;β为待测玻璃片线膨胀系数;h为待测玻璃片厚度。
本发明与现有技术相比,具有如下优点和有益效果:
本发明采用全透玻璃片与待测玻璃构成劈尖干涉,并通过玻璃温度测量显示器获取第一干涉条纹移动数目,通过摄像机和计算机获取第二干涉条纹移动数目,从而获取修正干涉条纹移动数目,进而得到待测玻璃片实时温度,装置结构简单合理,具有成本低廉、操作方便的特点,适合推广使用。
附图说明
图1是本发明所述的一种基于激光干涉的非接触式玻璃温度测量系统结构示意图;
图2是本发明所述的一种基于激光干涉的非接触式玻璃温度测量方法流程图;
图3是本发明中待测玻璃片在干涉图样接收板形成的干涉条纹图样。
图中,1-干涉图样接收板,2-光电二极管,3-接收模块,4-全透玻璃片,5-恒温加热台,6-玻璃温度测量显示器,7-待测玻璃片,8-计算机,9-摄像机,10-激光扩束器,11-红光激光发射器,12-发射模块,13-支撑架。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例1:
一种基于激光干涉的非接触式玻璃温度测量系统,如图1所示,包括发射模块12、激光扩束器10、全透玻璃片4、恒温加热台5、接收模块3、玻璃温度测量显示器6、摄像机9、计算机10、支撑架13;
发射模块12、激光扩束器10、全透玻璃片4都在支撑架上,且从上往下竖直排放;所述恒温加热台5在全透玻璃片4正下方;所述接收模块3位于全透玻璃片4斜上方;接收模块3与玻璃温度测量显示器6连接;摄像机9与计算机10连接;
发射模块12包含红光激光发射器11;红光激光发射器11为5V铜材半导体激光管,用于发射激光;
摄像机9的图像信号输出端与计算机的图像信号输入端连接;
激光扩束器10用于扩束发射的激光;
全透玻璃片4位于待测玻璃片上方,与待测玻璃片形成劈尖干涉,并将激光发射到接收模块;
摄像机9用于拍摄记录待测玻璃在加热过程中干涉条纹图样变化情况;所述计算机10用于将获取的干涉条纹图样变化情况进行分析处理;
接收模块3包含干涉图样接收板1、光电二极管2;所述干涉图样接收板1为白色不透明硬纸板,用于接收劈尖干涉形成的干涉条纹图样;所述光电二极管2用于识别待测玻璃片加热过程中干涉条纹的移动数目,即光电二极管2将干涉条纹移动产生的亮度变化转化为电信号,并将电信号传送至玻璃温度测量显示器6;
玻璃温度测量显示器6包含主控芯片、蓝牙模块、数码管,所述主控芯片为STM32F103RCT6单片机,用于记录干涉条纹移动数目和待测玻璃片实时温度;所述蓝牙模块为HC-06模块,用于与计算机连接通讯;所述数码管与主控芯片连接,用于实时显示待测玻璃片的实时温度。
一种基于激光干涉的非接触式玻璃温度测量方法,通过一种基于激光干涉的非接触式玻璃温度测量系统来实现,如图2所示,包括以下步骤:
S1、启动红光激光发射器,红光激光发射器发射激光经激光扩束器后射入全透玻璃片与待测玻璃片组成的劈尖干涉,干涉图样接收板产生待测玻璃片初始温度下产生的干涉条纹图样,如图3所示;
S2、启动玻璃温度测量显示器,输入待测玻璃片的初始温度,玻璃温度测量显示器的主控芯片获得光电二极管传输的待测玻璃片在初始温度下干涉图样接收板形成的初始干涉条纹图样,并进行记录;摄像机传输干涉图样接收板上待测玻璃片在初始温度下产生的干涉条纹图样给计算机,计算机进行记录;
S3、玻璃温度测量显示器与计算机通过蓝牙进行配对接连;
S4、恒温加热台对待测玻璃片进行加热,在待测玻璃片受热发生形变时,干涉图样接收板的干涉条纹进行移动,光电二极管将干涉条纹移动产生的亮度变化转化为电信号,并将电信号传送至玻璃温度测量显示器的主控芯片;
S5、玻璃温度测量显示器对电信号进行处理分析,即进行A/D转换,得到第一干涉条纹移动数目N1;
S6、摄像机将干涉图样接收板上干涉条纹移动情况记录,并传送至计算机,计算机对干涉条纹移动情况进行分析处理,得到第二干涉条纹移动数目N2,并将第二干涉条纹移动数目N2传送至玻璃温度测量显示器;
S7、由第一干涉条纹移动数目N1和第二干涉条纹移动数目N2得到修正干涉条纹移动数目N:
根据修正干涉条纹移动数目,计算得到待测玻璃片实时温度:
其中,T0为待测玻璃片初始温度;λ为激光波长;n为待测玻璃片折射率;β为待测玻璃片线膨胀系数;h为待测玻璃片厚度。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于激光干涉的非接触式玻璃温度测量系统,其特征在于,包括发射模块、激光扩束器、全透玻璃片、恒温加热台、接收模块、玻璃温度测量显示器、摄像机、计算机、支撑架;
所述发射模块、激光扩束器、全透玻璃片都在支撑架上,且从上往下竖直排放;所述恒温加热台在全透玻璃片正下方;所述接收模块位于全透玻璃片斜上方;接收模块与玻璃温度测量显示器连接;所述摄像机与计算机连接;
所述发射模块包含红光激光发射器;红光激光发射器用于发射激光;
所述摄像机的图像信号输出端与计算机的图像信号输入端连接;
所述激光扩束器用于扩束发射的激光;
所述全透玻璃片位于待测玻璃片上方,与待测玻璃片形成劈尖干涉,并将激光发射到接收模块;
所述摄像机用于拍摄记录待测玻璃在加热过程中干涉条纹图样变化情况;所述计算机用于将获取的干涉条纹图样变化情况进行分析处理;
所述接收模块包含干涉图样接收板、光电二极管;所述干涉图样接收板用于接收劈尖干涉形成的干涉条纹图样;所述光电二极管用于识别待测玻璃片加热过程中干涉条纹的移动数目,即光电二极管将干涉条纹移动产生的亮度变化转化为电信号,并将电信号传送至玻璃温度测量显示器;
所述玻璃温度测量显示器包含主控芯片、蓝牙模块、数码管,所述主控芯片用于记录干涉条纹移动数目和待测玻璃片实时温度;所述蓝牙模块用于与计算机连接通讯;所述数码管与主控芯片连接,用于实时显示待测玻璃片的实时温度。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光干涉的非接触式玻璃温度测量系统,其特征在于,所述蓝牙模块为HC-06模块。
3.根据权利要求1所述的一种基于激光干涉的非接触式玻璃温度测量系统,其特征在于,所述红光激光发射器为5V铜材半导体激光管。
4.根据权利要求1所述的一种基于激光干涉的非接触式玻璃温度测量系统,其特征在于,所述计算机能进行图像分析和处理。
5.根据权利要求1所述的一种基于激光干涉的非接触式玻璃温度测量系统,其特征在于,所述干涉图样接收板为白色不透明硬纸板。
6.根据权利要求1所述的一种基于激光干涉的非接触式玻璃温度测量系统,其特征在于,所述主控芯片为STM32F103RCT6单片机。
7.一种基于激光干涉的非接触式玻璃温度测量方法,通过权利要求1至6任一权利要求所述的一种基于激光干涉的非接触式玻璃温度测量系统来实现,其特征在于,包括以下步骤:
S1、启动红光激光发射器,红光激光发射器发射激光经激光扩束器后射入全透玻璃片与待测玻璃片组成的劈尖干涉,干涉图样接收板产生待测玻璃片初始温度下产生的干涉条纹图样;
S2、启动玻璃温度测量显示器,输入待测玻璃片的初始温度,玻璃温度测量显示器的主控芯片获得光电二极管传输的待测玻璃片在初始温度下干涉图样接收板形成的初始干涉条纹图样,并进行记录;摄像机传输干涉图样接收板上待测玻璃片在初始温度下产生的干涉条纹图样给计算机,计算机进行记录;
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