[发明专利]一种基于F-P标准具的微小伸长量的测量方法

权利要求书

1.一种基于F-P标准具的微小伸长量的测量方法，其特征是包括以下步骤：

步骤一：在测量金属棒的线膨胀系数中，被测金属棒一端固定，另一端与工作台(5)的升降台(7)连接，在加热过程中随着金属棒长度发生微小的伸长会带动所述升降台(7)同步上升；或者，在拉伸法测金属丝的杨氏模量中，被测金属丝一端固定，另一端与所述升降台(7)连接，在增加拉力过程中随着金属丝长度发生微小的伸长会带动所述升降台(7)同步下降；

步骤二：将光杠杆(6)前支脚放置在所述工作台(5)上，所述光杠杆(6)的后支脚放置在所述升降台(7)上，所述光杠杆(6)后支脚跟随所述升降台(7)上升或下降时，所述光杠杆(6)的平面镜以所述光杠杆(6)的两前支脚连线为轴发生转动，所述光杠杆(6)的平面镜转过的角度为θ；

步骤三：打开He-Ne激光器(4)，所述He-Ne激光器(4)发出的激光束经过扩束镜(10)变为发散光束，发散光束经准直镜(9)变为平行光束，平行光束照射到所述光杠杆(6)的平面镜上，调整所述光杠杆(6)的平面镜，使所述平行光束经过所述光杠杆(6)的平面镜反射到F-P标准具(3)上；

步骤四：当金属棒在加热过程中长度发生微小的伸长或者金属丝在增加拉力过程中长度发生微小的伸长而导致所述光杠杆(6)的平面镜发生转动过程中，所述平行光束经过所述F-P标准具(3)产生的多束平行光束第一次在成像透镜(2)的后焦平面上形成干涉亮点；

步骤五：将二维CCD仪器(1)放置在所述成像透镜(2)的后焦平面处，所述干涉亮点显示在所述二维CCD仪器(1)上；

步骤六：记录所述光杠杆(6)前后支脚的距离D，所述He-Ne激光器(4)激光束的波长λ，所述成像透镜(2)的焦距f，第一次出现的所述干涉亮点在所述二维CCD仪器(1)上的位置x₀；

步骤七：随着所述光杠杆(6)的平面镜发生持续转动，记录后续出现的第m+1个所述干涉亮点在所述二维CCD仪器(1)上的位置x_m，据此可以计算第m+1个所述干涉亮点距离第一个所述干涉亮点的间距Δ_m＝|x₀-x_m|；

假设在所述步骤四中第一次记录的所述干涉亮点所处圆环状干涉条纹的半径为r₀，其干涉级次为k₀，此时入射到所述F-P标准具(3)的平行光束的入射角度为β₀；假设在所述步骤七中后续记录的第m+1个所述干涉亮点所处圆环状干涉条纹的半径为r_m，其干涉级次为k_m，此时入射到所述F-P标准具(3)的平行光束的入射角度为β_m，且有k_m＝k₀±m，其中：m＝1，2，3...，和±表示伸长量向上时取上方符号，伸长量向下时取下方符号；θ_m表示光杠杆的平面镜镜面法线在不同伸长量下转过的角度；

假设所述步骤四和步骤七中入射到所述F-P标准具(3)的平行光束的入射角度为β_m，β_m满足条件为：

2ndcosβ_m＝k_mλ (式1)

式中：m＝0,1，2，3...

n为F-P标准具两个内平行平面内介质的折射率；

d为F-P标准具两个内平行平面的间距；

β_m为满足干涉条件时入射到F-P标准具的平行光束的入射角度；

k_m为干涉级次；

λ为所用光波波长；

步骤八：所述金属棒或金属丝长度发生ΔL的变化量时，所述升降台(7)位置发生变化，所述光杠杆(6)后支脚随着所述升降台(7)发生微小位移，所述光杠杆(6)的平面镜转过的角度为θ，且有

步骤九：在上述测量的基础上，对于k₀级干涉亮点满足：

对于k₀±m级干涉亮点则满足：

考虑到实验中角度β₀及一般较小，因此(式3)到(式6)可以进行如下近似：

将(式8)代入(式10)，并整理可得：

测量中以首次出现的干涉亮点的级次和位置为基础，随着被测所述金属棒或金属丝伸长量的变化记录此后出现干涉亮点的序数m，并测量其相对于首次干涉亮点的间距Δ_m，二者之间满足(式11)的二次函数关系；通过测量数据的二次函数拟合计算，便可计算实验中所用所述F-P标准具(3)两个内平行平面的间距d以及首次干涉亮点所处的圆环状干涉条纹的半径r₀；再将测量结果Δ_m和计算结果r₀代入(式3)和(式5)，便可计算在不同伸长量下入射到F-P标准具(3)的平行光束的入射角的改变量2θ_m，即得到了光杠杆(6)的平面镜镜面法线在不同伸长量下转过的角度θ_m，将该结果代入(式2)，便可计算被测对象在各条件下的伸长量ΔL_m。