干涉法测线胀系数
线胀系数
• 金属线的长度d的表达式为: • d =L/l×λ/2 (3) • 该表达式中;L为两平面玻璃片的交线到金属
丝边缘的距离;l为两相邻的明条纹(或暗条 纹)之间的距离;λ为入射光波长。当金属线 受热后,l会减小,条纹变密,由此可以计算出 金属线受热后的伸长量Δd,进而计算出金属 线胀系数α。
• 本实验用到以下仪器:劈尖仪,黄铜丝a和 • b(a和b直径不同,文中黄铜丝c的数据由a和b • 数据运算而得)温度计,远红外加热器,热电
用劈尖干涉测金属线胀系数
1.实验原理 在一定的温度范围内，金属线胀系数是 一个常量，其表达式：
该表达式中,温度为t℃时,金属线的长为 d;温度行单色光垂直入射时,在空气劈尖(n≈1)上下两表面所引 • •
起的反射光线为相干光,在劈尖厚度为e处的两光线的光程差 δ=2e+λ/2,暗纹条件为: δ=2e+λ/2= (2k+1)/λ2 k =0,1,2……(2) 任何两个相邻的暗条纹间所对应的空气膜厚度差：
干涉法测线膨胀系数
干涉法测线膨胀系数
一 实验目的
1、了解迈克尔逊干涉仪的工作原理，掌握其调整方法.
2、测量半导体激光的波长.
3、用干涉法测量线胀系数.
二. 实验仪器
YJ-GXP-Ⅱ干涉法线胀系数测定仪
三.
实验原理
1、YJ-GXP-Ⅱ干涉法线胀系数测定仪的结构
2、YJ-GXP-Ⅱ干涉法线胀系数测定仪的面板
六. 思考题
在迈克尔逊干涉仪中是利用什么方法产生两束 相干光的？
七．数据记录及处理
L Lt
为了测量线胀系数，我们将材料做成条状或杆状。 由（1）式可知，测量出t1时杆长L，受热后温度达到t2时 的伸长量L和受热前后的温度t1及t2，则该材料的线胀系 数为
L Lt 2 t1
ห้องสมุดไป่ตู้
四. 实验内容和步骤
1 、仪器调整 （1）如图1所示,连接好加热盘电缆线；待测金属棒置于加热 盘中,加热盘放于环氧树脂底板上, 1:1杠杆装置的一端顶住 反光镜M2,另一端顶住待测金属棒; 待测金属棒的另一端顶住 尖顶. （2）打开电源开关点燃半导体激光器，使光源有较强的而且 均匀的光入射到分光板上. （3）调节千分尺，移动动镜M1，使M1到分光板的距离M1G1与动 镜M2距G1的距离M2G1接近相等. （3）使激光束大致垂直于M2，取下扩束器,可看到两排激光光 点，每排都有几个光点，调节M2背面的二个螺丝，使两排中 两个最亮的光点重合，如果经调节两排中两个最亮的光点难 以重合，可略调一下镜背面的螺丝，直至其完全重合为止， 这时M1与M2处于相互垂直状态，M1与M′2相互平行，安放好扩 束器,这样迈克尔逊干涉仪的光路系统调整完毕.
2). 线胀系数的计算
L Lt 2 t1
法布里-珀罗干涉法测量金属线胀系数
３ 结束语
机 电一体化的 出现不是偶然 的，这些发展方向是达到一定 阶段 的必然要求 ，更是满足需求 的必然结果 。随着社会生产和 科学技术 的进步与发展 ，机 电一体化技术正在不断地深入到各 个领域并迅猛地 向前推进 。矿 山机 电中，采用先进 的一体化设 备 ，具有 性能可靠 、 保护安全 、维护方便 、操作简单 、 体 积小 、 信息 化 、程序 化和高智 能化 的特点 ，所 以能够广泛 的应用到煤 矿生 产中。机 电一 体化设备不仅 能够提供 劳动安全保 障、减轻 操作人 员的劳动负担 、提高上作效率 ，还 能增加矿工 的经济收 入 ，增加 矿山企业 的市场竞争力 ，带动相关企业 的经济发展 。
一
１ 实验 装置 及原 理
实验 中采用 Ｈ ｅ —Ｎ ｅ激光器作为光源 ，应用实验室 中的线 胀系数测 定仪 ，将 其长度的微小 变化端进行改进 ，对法布里 一 珀罗干涉镜 片进行改造 ，替代传统的光杠杆 ，自制 的底座用于
稳 固法布里 一珀罗干涉镜 片。 该装置 由 Ｈｅ －Ｎ ｅ激光光源 、干 镜 片 、精密滑块 、测量探头 、 自制蜗轮蜗杆传动装置和记录 装置等组成 （ 具体组装图见图 １ ） 。 法布里 一珀罗干涉装置 由平行放置的两块镀有高反射率薄 膜的平面玻璃镜片组成 ， 当光束通过两块以固定的间距放置的玻 璃镜 片时 ， 就会发生多光束干涉的现象 。当镀有高反膜两镜 片之 间距离的改变量为半个波长时，就能观察到一个环的吞吐。该装 置的实验原理是使一镜片固定 ，位置始终保持不变 ； 另一镜片固 定在装有测量头的精密滑块上 ， 通过滑块移动而使两镜片之间距 离改 变，距离的改变量即是测量探头的位移量。当距离增大 （ 减 小 ）半个波长时 ，可以看到收集屏上一个圆环吐 出 （ 吞没 ） 。通 过 自制 的计录装置记录吞吐圆环的个数 Ⅳ， 从而实现测量微小长 度的变化 Ａ Ｌ ＝Ｎ ２ ／ ２ 。记录装置的工作原理见 图 ２ 。光敏管放置在 干涉条纹的中心， 将条纹光强变化及背景光信号 的叠加信号转换 为电信号 ，用来驱动计算器数字显示和语音播报。
用迈克尔逊干涉仪测量金属的线胀系数
用迈克尔逊逊干涉仪测金属的线胀系数晏伟仁[1]物理与电子工程学院摘要材料热膨胀系数是材料的热物性之一[1]，是表征材料性质的重要特征量，尤其对材料在常温以上时线膨胀系数的测量在实际工程中更具有重要意义。
测量金属的线胀系数有多种不同的实验方法, 常用的是光杠杆法。
由于金属受热的膨胀过程是动态过程, 故此法需在动态过程中对多个数据同时进行观测, 易引起较大偶然误差, 影响了测量结果的精度。
采用迈克尔逊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，测量分辨率高等优点。
关键词迈克尔逊干涉法; 线胀系数Abstract Material’s thermal expansion coefficient is the nature of material, it is mask material-nature’s important characteristic. Especially for material that measure the Line Coefficient of expansion of metal in reality has important applies in high temperature .Measure the Line Coefficient of expansion of metal has many different methods . In common use optical lever to measure it . Due to metal heated is a dynamic process , we should write down much record in this dynamic process，it is easy that cause big probable error , so use this method affect measuring-result’s precision . Take with Michelson laser interference to measure the Line Coefficient of Expansion of metal than optical lever moreaccurately, and has high precision and resolution.Key words Michelson interference；Line Coefficient of Expansion2011-12-27 科技创新实训作业[1] 晏伟仁。
选做-干涉法测量金属的线膨胀系数剖析
选做-干涉法测量金属的线膨胀系数剖析
干涉法是一种常用的光学测量方法，可用于测量物体表面形态、薄膜厚度、光学模式等。
此外，干涉法还可以用于测量金属材料的线膨胀系数，从而剖析金属的热膨胀特性。
在测量金属的线膨胀系数时，首先需要获得金属材料的表面形态变化，利用干涉法可在金属表面上形成干涉条纹，从而反映出金属的形态变化情况。
当金属受热时，其温度升高，长度也随之增加，这种长度的增加导致光程差的改变，从而使干涉条纹发生移动。
通过测量干涉条纹移动的距离和温度变化量，就可以计算出金属的线膨胀系数。
1、实验器材
干涉仪、热源、温度计、计时器、样品支架等。
2、实验步骤
（1）在试验前将待测金属样品切割成长度为30-40 mm左右、直径为10 mm左右的细棒，并将其磨光准备好。
（2）将磨好的样品固定在样品支架上，并将支架放置在干涉仪的工作台上。
（3）调整干涉仪的镜子，使其成为一组平行光。
（4）打开热源，将其放置在待测金属样品旁边，使其加热。
（5）当待测金属样品的温度达到一定程度时，干涉条纹会出现移动，此时需使用计时器记录干涉条纹的移动时间，并使用温度计测量待测金属样品的温度。
（6）根据干涉条纹移动的距离和温度变化量，计算出金属的线膨胀系数。
金属的线膨胀系数是金属材料的基本物理参数之一，常常用于研究金属在温度变化时的形态变化和性能变化。
利用干涉法测量金属的线膨胀系数可以更加准确地研究金属的热膨胀特性，并且可以用于优化金属材料的设计和制造。
同时，干涉法还可以应用于其他领域，如测量液体的密度、薄膜厚度等。
干涉法测线膨胀系数
2、干涉法测线膨胀系数原理 反射镜M1
反射镜M2
补偿板G2 观 察 屏
分光板G1
8
2、干涉法测线膨胀系数原理 M2
M'2
M1
δ
L 光程差△=2L
△=
k (k 0，1，2,...)
干涉加强，亮纹
(2k 1) (k 0，1，2...)
2
干涉减弱，暗纹
9
2、干涉法测线膨胀系数原理
干涉条纹的变化规律
条纹冒出
L
条纹陷入
2L =kλ，L增大，k增
大，反之亦然；
条纹每冒出（或陷入）一 条，光程就改变一个波长
10
2、干涉法测线膨胀系数原理
据2L =Nλ
11
3、小结
（1） 固体线膨胀特性由线膨胀系数α来描述；
L • 1
L T
（2）通过光学干涉法测量受热伸长量△L：
受热伸长量△L 干涉条纹变化N
L N
1、线膨胀系数简介
假设固体在温度T0时长L，受热后温度达到 T1时的一维方向伸长量为L，则有：
上式α就是线膨胀系数，描述固体材料的膨胀
特性。 例如：铁为1.2×10-5 °C-1。如何测量L？
5
问题：微小形变量怎么测？
微 小 形 变 量
6
2、干涉法测线膨胀系数原理
为了方便测量线膨胀系数，我们将固体材料 做成条状或棒状，置入加热盘中，加热后测轴向 伸长量。
主讲人：***
内容导航
线膨胀系数简介 干涉法测线膨胀系数原理
小结与思考
2
1、线膨胀系数简介
空隙
铁轨
铁轨受热变形
固体受热在一维方向上的伸 长称为固体线膨胀。
3
干涉法测线胀系数
【实验目的】
1.了解迈克尔逊干涉仪的工作原理，掌握其调整方法；
2.测量半导体激光的波长；
3.用干涉法测量线胀系数。
【实验原理】
1.请画出迈克尔逊干涉仪的光路。
2.写出由原理推导出的公式。
【实验仪器】
【实验内容】
【注意事项】
【实验原始数据】
1.激光的波长
测量次数
初始位置
1
2
3
4
5
6
干涉环变化数
30
30
30
30
30
30
L
2.线胀系数
待测
次数
T1
T2
1
50
50
2
50
3
50
4
50
【实验数据处理】
1.计算激光的波长（要求有计算过程）
2.计算金属的线胀系数（要求有计算过程）
3.实验结果
【思考题】
【实验拓展】
【实验小结】
【实验题目】如何测量材料的线膨胀系数班级姓名学号
教师姓名上课日期2014年月日教室7教B段房间座位号
（以上信息请根据网络选课页面填写完整。）任课教师签字：最终成绩：
【预习要点】
1.阅读教材相关内容。
2.影响线胀系数的因素。
3.迈克尔逊干涉仪的光路原理。
4.游标卡尺、螺旋测微仪的读数方法。
5.实验方法。
线胀系数的视频在线光干涉法测量
摘要材料的线膨胀系数是物质的基本热物理参数之一，是衡量材料的热稳定性好坏的一个重要指标，是工程结构设计、精密仪器制造、材料加工中必须考虑的重要参数之一，在科学研究中处于重要的基础地位。
准确的测量材料线膨胀系数，对于基础科学研究、技术创新、工程应用都具有重要的意义。
热膨胀的研究发展了近300年，各种测量方法已经成熟，但人们利用新的科学技术不断改善各种装置，从而产生了一代又一代的新型测量系统。
近年来，CCD传感器技术的迅猛发展与广泛应用使线膨胀系数的在线测量成为了现实。
本文将简单介绍几种在线测量线膨胀系数的方法并通过和我国实验室所普遍采用的光杠杆法的对比实验，着重介绍一种利用等厚干涉并借助CCD电子显微镜及其显示系统在线测量金属线胀系数的新方法。
通过实验研究，该方法具有温升范围小、加热功率低、测量精度高、操作简单直观、占地空间小等优点，是一种简单实用的测量金属材料线膨胀系数的方法，具有广泛的应用前景。
关键词：线膨胀系数；等厚干涉；CCD工业相机；在线测量AbstractMaterials' coefficient of linear expansion is one of a basic thermophysical parameters,it is an important indicator that to measure the materials thermal stability is good or bad,it is one of an important parameters that must be considered in engineering structural design ,precision instrument manufacturing, materials' processing,has an important foundation position in scientific research.Accurate measurement materials' coefficient of linear expansion has important significance in basic scientific research, technological innovation and application. The research of thermal expansion developed nearly 300 years, various measurement methods have mature, but people use new science and technology improve various devices, and resulting generation after generation of new measurement system produced.In recent years, the rapid development and widely used of CCD sensor technology made measure the coefficient of linear expansion online became a reality.This article will briefly introduces several online measurement method of linear expansion coefficient,through comparison with widely used laboratory optical lever method introduced a new method to online measuring linear expansion coefficient by using the equal thickness interference method, CCD electron microscope and display system.Through the experimental research, this method has advantages of temperature range,low heating power, high accuracy, easy operation, small space, it is a simple and practical measurement metal material linear expansion coefficient method, it has a broad prospect of application.Key words：Coefficient of Linear Thermal Expansion；Optical interference thickness；CCD Industrial Cameras；Online Survey目录摘要 ................................................................................................................................................ １ABSTRACT ................................................................................................................................... ２第一章绪论 ................................................................................................................................ ４1.1热膨胀系数的定义 ............................................................................................................ ４1.2热膨胀测量的发展 ............................................................................................................ ５1.3热膨胀测量的意义 ............................................................................................................ ８第二章常见的几种测量线膨胀系数的方法......................................................................... １０2.1单缝衍射法...................................................................................................................... １０2.1.1 基本原理................................................................................................................... １０2.1.2 实验装置和方法....................................................................................................... １１2.2激光衍射法...................................................................................................................... １３2.2.1 基本原理................................................................................................................... １３2.2.2 实验装置和方法....................................................................................................... １３2.3激光干涉法 .................................................................................................................... １４2.3.1 基本原理................................................................................................................... １４2.3.2 实验装置................................................................................................................... １５第三章金属线胀系数的光干涉法和光杠杆法测量研究..................................................... １８3.1光杠杆法 ........................................................................................................................ １８3.1.1 基本原理................................................................................................................. １８3.1.2 实验装置及内容..................................................................................................... １８3.1.3 数据处理及分析..................................................................................................... ２０3.2等厚干涉法 .................................................................................................................... ２１3.2.1 基本原理................................................................................................................. ２１3.2.2 实验装置................................................................................................................. ２２3.2.3 CCD传感器 ........................................................................................................... ２４3.2.4 实验方法及内容..................................................................................................... ２４3.2.5 图像处理及数据采集............................................................................................. ２５3.2.6 数据处理及分析..................................................................................................... ２６3.3主要结论和创新点.......................................................................................................... ２６参考文献 .................................................................................................................................... ２９附录一 ........................................................................................................................................ ３０附录二 ........................................................................................................................................ ３９致谢 ............................................................................................................................................ ４８第一章 绪论1.1 热膨胀系数的定义通常将材料因受热膨胀而使其长度产生变化的现象叫金属的线性膨胀，将材料由于受热膨胀而引起的在一维方向上的长度变化称之为材料的线膨胀系数。
用光学干涉法测量材料的高温线膨胀系数
Measuring the thermal expansion coefficient by light interferometry
MIAO Zhuo jun , WANG Xin sheng , XU Mei hua
1 2 2
( 1. School of Civil Engineering, Southeast University, Nanjing, Jiangsu 211189, China; 2. College of Sciences, Nanjing University of Technology, Nanjing, Jiangsu 210009, China)
1
1 1
测量装置
测量反射镜位移部分 仿照迈克耳孙干涉仪 , 使用氦氖激光器, 利用光
学小元件如平面反射镜、 光学玻璃、 观察屏等自搭光 路 , 在大理石板上制成干涉仪平台 , 把干涉仪平台固 定在一个导轨上 , 如图 1 所示. 利用迈克尔逊干涉仪 测量微小位移的原理 , 精确测量反射镜的位移 . 1 2 位移传递部分 用一个悬空固定支架将一端封闭的石英玻璃管 ( 配有热电偶 ) 的开口端固定在大理石干涉仪平台上 方 , 使石英玻璃管水平悬空 . 待测件放入石英玻璃管 内近闭口端 . 由于石英的线膨胀系数相对较小 , 所以 选用一根石英玻璃棒作为传递杆, 棒的一端与待测
Abstract: Expansion quantity at high temperature is transferred to room temperature by quartz staff, and addi tive effect deriving from transformation is eliminated by confirming standard. A self restraint apparatus is made to measure the thermal expansion coefficient, and measuring principle is based on the measuring the micro - displace ment by Michelson interferometer; the relative error only is 1. 0% , moreover, the measuring process is simple. Key words: thermal expansion coefficient; interferometer; measurement
用迈克尔逊干涉仪测量金属的线膨胀系数
第29卷第6期2016年12月大学物理实验PHYSICAL EXPERIMENT OF COLLEGEYol.29 No.6Dec.2016文章编号：1007-2934(2016)06-0081-02用迈克尔逊干涉仪测量金属的线膨胀系数侯俊江，崔景闯，林峰，林上金*，胡澄(解放军理工大学，江苏南京211101)摘要：将迈克尔逊干涉仪的精确测量和金属线膨胀系数的PID温度控制测量方法相结合，被测金属样品被加热后会发生长度的变化，从带动镜面产生微小移动，进而引起迈克尔逊光路中两束光的光程差的改变，通过干涉条纹记录温度变化时干涉条纹的变化数量，以实现对金属热胀系数的精确测量。
关键词：迈克尔逊干涉仪;线胀系数;测量中图分类号：TP212.6 文献标志码：A D〇l:10.14139/22-1228.2016.006.021线膨胀系数是表征物体热胀冷缩程度的物理 量，它仅与材料的性质有关，可以用多种方法测量 金属线膨胀系数[1-5]。
测量金属线膨胀系数的关 键是加热方式、温度控制和微小位移测量，本文利 用迈克尔逊干涉仪和金属线膨胀系数的P I D温 度控制测量方法相结合，通过P I D控制原理实现 对被测金属样品温度的精细控制，并使被测金属 样品被加热后发生长度的变化，带动镜面产生微 小移动，进而引起迈克尔逊光路中两束光的光程 差的改变，通过干涉条纹记录温度变化时干涉条 纹的变化数量，以实现对金属热胀系数的精确 测量。
1实验装置与实验原理1.1实验装置实验装置如图1所示。
待测金属样品（紫铜管）与P I D温控仪连通; 水泵提供循环水流，可加热和保温，它的自由端上 固定反射镜2,金属样品长度的变化，将带动镜面 移动，导致迈克尔逊光路中两束光的光程差的改 变，进而引起干涉条纹的变化。
1.2实验原理(1)金属线膨胀系数当固体温度升高时，晶格中质点运动加剧，相 邻质点间平均距离增加，以致晶胞参数增大，固体 膨胀。
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干涉环变化数
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L
2.线胀系数
待测
次数
温度（℃）
干涉环变化数N样品伸长量 Nhomakorabea线膨胀系数
T1
T2
1
50
50
2
50
3
50
4
50
【实验数据处理】
1.计算激光的波长（要求有计算过程）
2.计算金属的线胀系数（要求有计算过程）
3.实验结果
【思考题】
【实验拓展】
【实验小结】
6.实验装置允许的最高加热温度。
【实验目的】
1.了解迈克尔逊干涉仪的工作原理，掌握其调整方法；
2.测量半导体激光的波长；
3.用干涉法测量线胀系数。
【实验原理】
1.请画出迈克尔逊干涉仪的光路。
2.写出由原理推导出的公式。
【实验仪器】
【实验内容】
【注意事项】
【实验原始数据】
1.激光的波长
测量次数
初始位置
【实验题目】如何测量材料的线膨胀系数班级姓名学号
教师姓名上课日期2014年月日教室7教B段房间座位号
（以上信息请根据网络选课页面填写完整。）任课教师签字：最终成绩：
【预习要点】
1.阅读教材相关内容。
2.影响线胀系数的因素。
3.迈克尔逊干涉仪的光路原理。
4.游标卡尺、螺旋测微仪的读数方法。
5.实验方法。