[发明专利]多普勒振镜正弦调制多光束激光外差二次谐波测量磁致伸缩系数的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多普勒振镜正弦调制多光束激光外差二次谐波测量磁致伸缩系数的装置及方法，属于微位移检测技术领域。

背景技术

铁磁质的磁畴在外磁场作用下会定向排列，从而引起介质中晶格间距的改变，致使铁磁体发生长度的变化的现象被称为磁致伸缩效应。由于这一现象首先由焦耳于1842年发现，因而也被称为焦耳效应。磁致伸缩不但对材料的磁性有重要的影响，特别是对起始磁导率，矫顽力等，而且所述磁致伸缩效应本身在实际中的应用也很广泛，如磁致伸缩技术可以用于机械振动和超声波换能器上，在激光雷达等方面有重要的应用。

利用材料在交变磁场作用下长度的变化，可制成超声波发生器和接收器：通过一些特别的转换装置，可以制成力、速度、加速度等传感器以及延迟线、滤波器等。在相同外磁场的条件下，不同的磁性物质磁致伸缩的长度变化是不同的，通常用磁致伸缩系数α(α＝Δl/l)表征它形变的大小。因此，准确测量材料的磁致伸缩系数α是非常重要的。由于磁致伸缩效应引起的材料长度相对变化很微小，一般铁磁材料的磁致伸缩系数只有10^-5～10^-6数量级，因此需采用一些高精度的方法加以测量。

磁致伸缩系数的测定归结为微长度(位移)变化的测量。目前测量磁致伸缩系数的方法主要有非平衡电桥测量法、差动变电容测法、光杠杆、应变电阻片测量法和光学干涉法等。但是这些方法都存在各自的缺点，因此测量精度无法在提高。

而在光学测量法中，激光外差测量技术具有高的空间和时间分辨率、测量速度快、精度高、线性度好、抗干扰能力强、动态响应快、重复性好和测量范围大等优点而备受国内外学者关注，激光外差测量技术继承了激光外差技术和多普勒技术的诸多优点，是目前超高精度测量方法之一。该方法已成为现代超精密检测及测量仪器的标志性技术之一，广泛应用于超精密测量、检测、加工设备、激光雷达系统等。

但是现有的激光外差测量技术在测量磁致伸缩系数存在的采集激光差频信号质量较低，信号处理的运算速度慢的问题。

发明内容

本发明为了解决现有的激光外差测量技术在测量磁致伸缩系数存在的采集激光差频信号质量较低，信号处理的运算速度慢的问题，而提出的多普勒振镜正弦调制多光束激光外差二次谐波测量磁致伸缩系数的装置及方法。

一种多普勒振镜正弦调制多光束激光外差二次谐波测量磁致伸缩系数的装置，该装置由第一固定棒、第二固定棒、激励线圈、待测铁镍合金样品、直流稳压电源、平面反射镜、不计厚度薄玻璃板、偏振分束镜PBS、H₀固体激光器、四分之一波片、振镜、会聚透镜、光电探测器和信号处理系统组成，

直流稳压电源用于给激励线圈提供工作电源，待测铁镍合金样品居中放置在激励线圈内，待测铁镍合金样品的一端固定连接第一固定棒的一端，该第一固定棒的另一端固定设置，待测铁镍合金样品的另一端固定连接第二固定棒的一端，该第二固定棒的另一端粘接平面反射镜的非反射面，平面反射镜的反射面与待测铁镍合金样品的轴线垂直；第一固定棒和第二固定棒大小相同，并且两根固定棒、待测铁镍合金样品和激励线圈同轴设置；在平面反射镜的反射面一侧距离d处，与该平面反射镜平行设置有不计厚度薄玻璃板；

H₀固体激光器发出的线偏振光经偏振分束镜PBS反射后入射至四分之一波片，经该四分之一波片透射后的光束入射至振镜的光接收面，经该振镜反射的光束再次经四分之一波片透射后发送至偏振分束镜PBS，经该偏振分束镜PBS透射后的光束入射至不计厚度薄玻璃板，经该不计厚度薄玻璃板透射之后的光束入射至平面反射镜的反射面，经该平面反射镜反射后的光束再次经不计厚度薄玻璃板透射获得透射光，该透射光与经不计厚度薄玻璃板的光入射面反射后的光束均通过会聚透镜汇聚至光电探测器的光敏面上，所述光电探测器输出电信号给信号处理系统。

采用上述多普勒振镜正弦调制多光束激光外差二次谐波测量磁致伸缩系数的装置实现多普勒振镜正弦调制多光束激光外差二次谐波测量磁致伸缩系数的方法，该方法的过程为：

首先，将铁镍合金样品进行交流退磁，利用二维调整架调节平面反射镜和不计厚度薄玻璃板的位置，使平面反射镜和不计厚度薄玻璃板相互平行、等高，并使不计厚度薄玻璃板与平面反射镜的反射面之间的距离d为20mm；

然后，调整直流稳压电源，使其输出电流最小，并打开振镜的驱动电源使振镜开始做简谐振动；同时，打开H₀固体激光器，