一種光纖環(huán)及其骨架材料膨脹系數(shù)簡(jiǎn)易測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種光纖環(huán)及其骨架材料膨脹系數(shù)簡(jiǎn)易測(cè)量方法，測(cè)量裝置的底座為人造大理石臺(tái)板，上面安裝適當(dāng)?shù)闹Ъ芄潭ㄎ灰茢?shù)顯表，用以測(cè)量光纖環(huán)及其骨架材料隨溫度變化的位移量。支架相對(duì)于底座的安裝，要求保證相應(yīng)的垂直度、平行度等位置度要求，并與底座的連接牢固可靠。采用上述方案測(cè)量材料的線膨脹系數(shù)，雖然測(cè)量精度不是很高，但對(duì)被測(cè)量材料的外形沒有特別要求，可以實(shí)現(xiàn)光纖環(huán)及其骨架材料線膨脹系數(shù)的簡(jiǎn)單快速測(cè)量。
【專利說明】一種光纖環(huán)及其骨架材料膨脹系數(shù)簡(jiǎn)易測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及的是一種光纖環(huán)及其骨架材料膨脹系數(shù)簡(jiǎn)易快速測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖環(huán)作為光纖陀螺的核心傳感部件，其性能的好壞將對(duì)光纖陀螺的最終技術(shù)指標(biāo)，目前光纖陀螺用光纖環(huán)主要有兩種形式:有骨架和無骨架，無骨架的光纖環(huán)安裝時(shí)采用壓板方式進(jìn)行固定，由于對(duì)外界震動(dòng)比較敏感，一般只用在震動(dòng)較小的特定場(chǎng)合；而應(yīng)用更多的是有骨架的光纖環(huán)，由于光纖環(huán)與骨架材料的膨脹系數(shù)通常不一致，在環(huán)境溫度變化時(shí)骨架對(duì)光纖環(huán)產(chǎn)生擠壓或拉伸，從而對(duì)光纖環(huán)的性能產(chǎn)生很大的影響，為此，需要對(duì)光纖環(huán)和骨架材料的膨脹系數(shù)進(jìn)行測(cè)量，以找出匹配的骨架材料。
[0003]傳統(tǒng)的線膨脹系數(shù)傳統(tǒng)的測(cè)量方法主要有頂桿式膨脹計(jì)法、讀數(shù)顯微鏡法、全息干涉法、邁克爾遜干涉法、多光束干涉法等，其基本的組成主要有溫度控制加熱系統(tǒng)、位移測(cè)量系統(tǒng)(如干涉儀、顯微鏡等)、電測(cè)系統(tǒng)。頂桿式膨脹計(jì)法、讀數(shù)顯微鏡法法雖然簡(jiǎn)單易行，但對(duì)長(zhǎng)度變化量的測(cè)量精度低，不能用于測(cè)量線脹系數(shù)較小的材料，對(duì)干涉法由于其干涉條紋的精細(xì)程度高而被用來測(cè)量固體材料的線膨脹系數(shù)，然而在測(cè)量中因需要加熱固體樣品直接用來推動(dòng)干涉儀的鏡面移動(dòng)，使鏡面移動(dòng)在加熱溫度較高時(shí)有可能偏離方向，增加了操作難度，對(duì)測(cè)量環(huán)境要求也高，不能用于光纖環(huán)及其骨架材料膨脹系數(shù)的測(cè)量。
[0004]通過對(duì)各種測(cè)量方法的比較，可以看出:頂桿法涵蓋了低溫、中溫和高溫范圍，測(cè)量范圍相對(duì)較廣，凡是利用激光技術(shù)的方法，精度都很高，但由于測(cè)量裝置本身的限制，測(cè)量范圍受到限制，樣品形狀一般為桿狀，由于測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)，有的設(shè)計(jì)成方桿，有的設(shè)計(jì)成圓桿，測(cè)量屬于相對(duì)測(cè)量還是絕對(duì)測(cè)量，則取決于裝置的設(shè)計(jì)，大部分方法都是相對(duì)測(cè)量裝置，只有一部分裝置才是絕對(duì)測(cè)量裝置，如激光干涉法。
[0005]激光干涉法測(cè)量材料線膨脹系數(shù)和傳統(tǒng)的頂桿法相比，具有測(cè)量準(zhǔn)確和測(cè)量分辨率高等優(yōu)點(diǎn)。這種方法主要在一些國(guó)家計(jì)量單位和對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度有很高要求的實(shí)驗(yàn)室采用，由于設(shè)備昂貴，一般不用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。由于該方法測(cè)量的是樣品的長(zhǎng)度隨溫度的絕對(duì)變化，不與其他任何物質(zhì)的物性發(fā)生關(guān)系，屬絕對(duì)測(cè)量方法，因此常用于給出參考物質(zhì)的線膨脹率。由于采用激光干涉法測(cè)量材料線膨脹系數(shù)時(shí)，需要樣品表面有足夠的光反射強(qiáng)度，以便能夠采集、測(cè)量干涉條紋變化。加熱過程中，由于材料發(fā)生形變和相變，樣品表面質(zhì)量會(huì)發(fā)生變化，因此，在高溫環(huán)境下，有時(shí)很難保證材料表面質(zhì)量達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。
[0006]因此，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，需要改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種光纖環(huán)及其骨架材料膨脹系數(shù)簡(jiǎn)易快速測(cè)量方法。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:[0009]一種光纖環(huán)及其骨架材料膨脹系數(shù)簡(jiǎn)易測(cè)量方法，其中包括以下步驟:
[0010]步驟1:將被測(cè)光纖環(huán)置于高低溫交變?cè)囼?yàn)箱中，升溫至60°C并保溫0.5小時(shí)后，迅速通過兩個(gè)固定塊垂直置于測(cè)量裝置底座上，使測(cè)針壓在被測(cè)光纖環(huán)徑向最高點(diǎn)，位移數(shù)顯表讀數(shù)置零，保持裝置不動(dòng)，待被測(cè)光纖環(huán)冷卻到室溫后，位移數(shù)顯表讀數(shù)即為徑向變化量AL，同時(shí)在室溫下測(cè)出被測(cè)光纖環(huán)的基本尺寸L，采用預(yù)定公式計(jì)算得到徑向線膨脹系數(shù)；
[0011]步驟2:將被測(cè)光纖環(huán)置于高低溫交變?cè)囼?yàn)箱中，升溫至60°C并保溫0.5小時(shí)后，迅速通過I個(gè)固定塊水平設(shè)置于測(cè)量裝置底座上，使測(cè)針垂直被測(cè)光纖環(huán)軸向一側(cè)，位移數(shù)顯表讀數(shù)置零，保持裝置不動(dòng)，待被測(cè)光纖環(huán)冷卻到室溫后，位移數(shù)顯表讀數(shù)即為軸向變化量AL，同時(shí)在室溫下測(cè)出被測(cè)光纖環(huán)的基本尺寸L，采用預(yù)定公式計(jì)算得到軸向線膨脹系數(shù)。
[0012]所述的測(cè)量方法，其中，所述步驟I中，通過兩個(gè)固定塊垂直置于測(cè)量裝置底座上的具體步驟為:將被測(cè)光纖環(huán)垂直設(shè)置于測(cè)量裝置底座上，同時(shí)采用兩個(gè)固定塊夾持，采用測(cè)針與被測(cè)光纖環(huán)連接，并在測(cè)針上設(shè)置有位移數(shù)顯表，所述測(cè)針、所述位移數(shù)顯表及被測(cè)光纖環(huán)均在同一垂直線上垂直于測(cè)量裝置底座。
[0013]所述的測(cè)量方法，其中，所述步驟2中，通過I個(gè)固定塊水平設(shè)置于測(cè)量裝置底座上的具體步驟為:將被測(cè)光纖環(huán)水平設(shè)置于測(cè)量裝置底座上，采用測(cè)針垂直與被測(cè)光纖環(huán)一側(cè)連接，并在測(cè)針上設(shè)置有位移數(shù)顯表，所述測(cè)針、所述位移數(shù)顯表垂直于所述被測(cè)光纖環(huán)及所述測(cè)量裝置底座。
[0014]所述的測(cè)量方法，其中，所述預(yù)定公式為:a = ( AL/At)/L，其中:a為線膨脹系數(shù)，單位為。C ―1 ; A L為徑/軸向變化量,單位為mm ；L為室溫時(shí)徑/軸向基本尺寸，單位為mm ； A t為溫度差,單位為。C。
[0015]所述的測(cè)量方法，其中，所述測(cè)量裝置底座為人造大理石臺(tái)板；所述位移數(shù)顯表為內(nèi)置光柵尺的數(shù)顯測(cè)距表，位移數(shù)顯表的表頭裝有采用熱惰性材料加工的測(cè)量探針。
[0016]所述的測(cè)量方法，其中，所述測(cè)量探針的直徑尺寸為10mm。
[0017]采用上述方案，快速確定光纖環(huán)及其骨架材料的軸向和徑向膨脹系數(shù)，為光纖環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供技術(shù)依據(jù)，對(duì)光纖環(huán)及其骨架材料膨脹系數(shù)的測(cè)量主要要求快速簡(jiǎn)單，對(duì)測(cè)量溫度范圍和精度方面要求不是很高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明光纖環(huán)徑向膨脹系數(shù)測(cè)量結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為本發(fā)明光纖環(huán)軸向膨脹系數(shù)測(cè)量結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0021]實(shí)施例1
[0022]如圖1所示，將被測(cè)光纖環(huán)2置于高低溫交變?cè)囼?yàn)箱中，升溫至60°C并保溫0.5小時(shí)后，迅速通過兩個(gè)固定塊3置于測(cè)量裝置底座I上，也就是說，將被測(cè)光纖環(huán)2垂直設(shè)置于測(cè)量裝置底座I上，并同時(shí)采用兩個(gè)固定塊3夾持，采用測(cè)針4與被測(cè)光纖環(huán)2連接，并在測(cè)針4上設(shè)置有位移數(shù)顯表5，測(cè)針4、位移數(shù)顯表5及被測(cè)光纖環(huán)2均在同一垂直線上垂直于測(cè)量裝置底座I上，通過適當(dāng)調(diào)整，使測(cè)針4壓在光纖環(huán)徑向最高點(diǎn)，位移數(shù)顯表5讀數(shù)置零，保持裝置不動(dòng)，待被測(cè)光纖環(huán)2冷卻到室溫后，位移數(shù)顯表5讀數(shù)即為徑向變化量AL，同時(shí)在室溫下測(cè)出被測(cè)光纖環(huán)的基本尺寸L，則被測(cè)光纖環(huán)徑向線膨脹系數(shù)可通過公式一得出，徑向膨脹系數(shù):
[0023]a = ( A L/ A t) /L
[0024]式中:a為線膨脹系數(shù),單位為。C ―1 ; AL為徑向變化量,單位為mm ；L為室溫時(shí)徑向基本尺寸，單位為mm ; At為溫度差,單位為。C。
[0025]如圖2所示，將被測(cè)光纖環(huán)2置于高低溫交變?cè)囼?yàn)箱中，升溫至60°C，并保溫0.5小時(shí)后，迅速通過I個(gè)固定塊3置于測(cè)量裝置底座I上，也就是說，將被測(cè)光纖環(huán)2水平設(shè)置于測(cè)量裝置底座I上，采用測(cè)針4垂直與被測(cè)光纖環(huán)2 —側(cè)連接，并在測(cè)針4上設(shè)置有位移數(shù)顯表5，測(cè)針4、位移數(shù)顯表5垂直于被測(cè)光纖環(huán)2及測(cè)量裝置底座1，通過適當(dāng)調(diào)整，使測(cè)針4壓在光纖環(huán)軸向最高點(diǎn)，位移數(shù)顯表5讀數(shù)置零，保持裝置不動(dòng)，待被測(cè)光纖環(huán)2冷卻到室溫后，位移數(shù)顯表5讀數(shù)即為軸向變化量AL，同時(shí)在室溫下測(cè)出被測(cè)光纖環(huán)的基本尺寸L，則被測(cè)光纖環(huán)軸向線膨脹系數(shù)可通過公式一得出，軸向膨脹系數(shù):
[0026]a = (A L/At)/L
[0027]式中:a為線膨脹系數(shù),單位為。C ―1 ; AL為徑向變化量,單位為mm ;L為室溫時(shí)徑向基本尺寸，單位為mm ; At為溫度差,單位為。C。
[0028]實(shí)施例2
[0029]在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步，如圖1-圖2所示，本發(fā)明提供一種光纖環(huán)及其骨架材料膨脹系數(shù)簡(jiǎn)易測(cè)量方法，其中，包括以下步驟:
[0030]步驟1:將被測(cè)光纖環(huán)2置于高低溫交變?cè)囼?yàn)箱中，升溫至60°C并保溫0.5小時(shí)后，迅速通過兩個(gè)固定塊3垂直置于測(cè)量裝置底座I上，使測(cè)針4壓在被測(cè)光纖環(huán)2徑向最高點(diǎn)，位移數(shù)顯表5讀數(shù)置零，保持裝置不動(dòng)，待被測(cè)光纖環(huán)2冷卻到室溫后，位移數(shù)顯表5讀數(shù)即為徑向變化量AL，同時(shí)在室溫下測(cè)出被測(cè)光纖環(huán)2的基本尺寸L，采用預(yù)定公式計(jì)算得到徑向線膨脹系數(shù)；
[0031]步驟2:將被測(cè)光纖2環(huán)置于高低溫交變?cè)囼?yàn)箱中，升溫至60°C并保溫0.5小時(shí)后，迅速通過I個(gè)固定塊3水平設(shè)置于測(cè)量裝置底座I上，使測(cè)針4垂直被測(cè)光纖環(huán)軸向一側(cè)，位移數(shù)顯表5讀數(shù)置零，保持裝置不動(dòng)，待被測(cè)光纖2環(huán)冷卻到室溫后，位移數(shù)顯表5讀數(shù)即為軸向變化量AL，同時(shí)在室溫下測(cè)出被測(cè)光纖環(huán)2的基本尺寸L，采用預(yù)定公式計(jì)算得到軸向線膨脹系數(shù)。
[0032]所述步驟I中，通過兩個(gè)固定塊3垂直置于測(cè)量裝置底座I上的具體步驟為:將被測(cè)光纖環(huán)2垂直設(shè)置于測(cè)量裝置底座I上，同時(shí)采用兩個(gè)固定塊3夾持，采用測(cè)針4與被測(cè)光纖環(huán)2連接，并在測(cè)針4上設(shè)置有位移數(shù)顯表5，所述測(cè)針4、所述位移數(shù)顯表5及被測(cè)光纖2環(huán)均在同一垂直線上垂直于測(cè)量裝置底座。
[0033]所述步驟2中，通過I個(gè)固定塊3水平設(shè)置于測(cè)量裝置底座I上的具體步驟為:將被測(cè)光纖環(huán)2水平設(shè)置于測(cè)量裝置底座I上，采用測(cè)針4垂直與被測(cè)光纖環(huán)2 —側(cè)連接，并在測(cè)針4上設(shè)置有位移數(shù)顯表5，所述測(cè)針4、所述位移數(shù)顯表5垂直于所述被測(cè)光纖環(huán)2及所述測(cè)量裝置底座I。[0034]上述中，所述預(yù)定公式為:a = (AL/At)/L，其中:a為線膨脹系數(shù)，單位為。C ―1 ; AL為徑/軸向變化量,單位為mm ；L為室溫時(shí)徑/軸向基本尺寸，單位為mm ; A L為溫度差，單位為。C。
[0035]所述測(cè)量裝置底座I為人造大理石臺(tái)板；所述位移數(shù)顯表5為內(nèi)置光柵尺的數(shù)顯測(cè)距表，位移數(shù)顯表5的表頭裝有采用熱惰性材料加工的測(cè)量探針。所述測(cè)量探針的直徑尺寸為10mm。
[0036]進(jìn)一步說明，測(cè)量裝置的底座I為人造大理石臺(tái)板，上面安裝適當(dāng)?shù)闹Ъ芄潭ㄎ灰茢?shù)顯表5，用以測(cè)量光纖環(huán)2及其骨架材料隨溫度變化的位移量。支架相對(duì)于底座的安裝，要求保證相應(yīng)的垂直度、平行度等位置度要求，并與底座的連接牢固可靠。位移數(shù)顯表5為內(nèi)置光柵尺的數(shù)顯測(cè)距表，表頭加裝采用熱惰性材料加工的測(cè)量探針，以降低熱傳遞效率，減小位移測(cè)量誤差，同時(shí)，探針的直徑尺寸為10mm，以加大探針與被測(cè)件的接觸面積，降低接觸點(diǎn)的壓強(qiáng)，減小被測(cè)件接觸點(diǎn)的壓變形。固定塊3亦采用熱惰性材料加工而成，以避免被測(cè)光纖環(huán)2及其骨架固定放置時(shí)局部的溫度驟變，固定塊3的尺寸無嚴(yán)格要求，隨被測(cè)光纖環(huán)及其骨架的尺寸大小作相應(yīng)調(diào)整，以被測(cè)件放置穩(wěn)妥為準(zhǔn)。
[0037]本發(fā)明首次采用微位移法直接測(cè)量光纖環(huán)及其骨架材料徑向和軸向長(zhǎng)度微小相對(duì)變化量；并且采用熱惰性材料測(cè)量探針，降低熱傳遞效率，減小位移測(cè)量誤差，本發(fā)明的測(cè)量范圍大，對(duì)被測(cè)量材料的形狀沒有要求，不需要對(duì)被測(cè)件進(jìn)行特殊加工，測(cè)量方法簡(jiǎn)單快捷、方便，不需要繁雜的測(cè)量過程，對(duì)測(cè)量環(huán)境沒有特殊要求。
[0038]應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種光纖環(huán)及其骨架材料膨脹系數(shù)簡(jiǎn)易測(cè)量方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:將被測(cè)光纖環(huán)置于高低溫交變?cè)囼?yàn)箱中，升溫至60°C并保溫0.5小時(shí)后，迅速通過兩個(gè)固定塊垂直置于測(cè)量裝置底座上，使測(cè)針壓在被測(cè)光纖環(huán)徑向最高點(diǎn)，位移數(shù)顯表讀數(shù)置零，保持裝置不動(dòng)，待被測(cè)光纖環(huán)冷卻到室溫后，位移數(shù)顯表讀數(shù)即為徑向變化量AL，同時(shí)在室溫下測(cè)出被測(cè)光纖環(huán)的基本尺寸L，采用預(yù)定公式計(jì)算得到徑向線膨脹系數(shù)； 步驟2:將被測(cè)光纖環(huán)置于高低溫交變?cè)囼?yàn)箱中，升溫至60°C并保溫0.5小時(shí)后，迅速通過I個(gè)固定塊水平設(shè)置于測(cè)量裝置底座上，使測(cè)針垂直被測(cè)光纖環(huán)軸向一側(cè)，位移數(shù)顯表讀數(shù)置零，保持裝置不動(dòng)，待被測(cè)光纖環(huán)冷卻到室溫后，位移數(shù)顯表讀數(shù)即為軸向變化量AL，同時(shí)在室溫下測(cè)出被測(cè)光纖環(huán)的基本尺寸L，采用預(yù)定公式計(jì)算得到軸向線膨脹系數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟I中，通過兩個(gè)固定塊垂直置于測(cè)量裝置底座上的具體步驟為:將被測(cè)光纖環(huán)垂直設(shè)置于測(cè)量裝置底座上，同時(shí)采用兩個(gè)固定塊夾持，采用測(cè)針與被測(cè)光纖環(huán)連接，并在測(cè)針上設(shè)置有位移數(shù)顯表，所述測(cè)針、所述位移數(shù)顯表及被測(cè)光纖環(huán)均在同一垂直線上垂直于測(cè)量裝置底座。
3.如權(quán)利要求1所述的測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟2中，通過I個(gè)固定塊水平設(shè)置于測(cè)量裝置底座上的具體步驟為:將被測(cè)光纖環(huán)水平設(shè)置于測(cè)量裝置底座上，采用測(cè)針垂直與被測(cè)光纖環(huán)一側(cè)連接，并在測(cè)針上設(shè)置有位移數(shù)顯表，所述測(cè)針、所述位移數(shù)顯表垂直于所述被測(cè)光纖環(huán)及所述測(cè)量裝置底座。
4.如權(quán)利要求1所述的測(cè)量方法，其特征在于，所述預(yù)定公式為: a = (AL/At)/L,其中:a為線膨脹系數(shù)，單位為°C ―1 ; A L為徑/軸向變化量，單位為mm ;L為室溫時(shí)徑/軸向基本尺寸,單位為mm ; A t為溫度差,單位為。C。
5.如權(quán)利要求1所述的測(cè)量方法，其特征在于，所述測(cè)量裝置底座為人造大理石臺(tái)板；所述位移數(shù)顯表為內(nèi)置光柵尺的數(shù)顯測(cè)距表，位移數(shù)顯表的表頭裝有采用熱惰性材料加工的測(cè)量探針。
6.如權(quán)利要求5所述的測(cè)量方法，其特征在于，所述測(cè)量探針的直徑尺寸為10mm。
【文檔編號(hào)】G01N25/16GK103645206SQ201310642496
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】高業(yè)勝, 陳學(xué)斌 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所