[发明专利]一种利用激光散斑自相关技术测量横向微位移的方法

说明书

本发明公开了一种利用激光散斑自相关技术测量横向微位移的方法，其特征是包括以下步骤：将金属棒固定到热膨胀实验仪上，并在金属棒的上端固定带有刻度的白板；He‑Ne激光器发出的激光经扩束后照射到白板上，形成激光散斑；调整成像透镜与CCD仪器的位置，使用CCD仪器记录下白板在初始位置时以及在不同温度时的的散斑分布；利用计算机将所得到的二次曝光散斑强度分布的功率谱做逆傅里叶变换，并测量该光场中相邻两自相关强度峰值点的间距，即可计算出待测的横向微位移量。本发明涉及测量设备领域，具体地讲，涉及一种利用激光散斑自相关技术测量横向微位移的方法。本发明有利于实现横向微位移测量。

技术领域

本发明涉及测量设备领域，具体地讲，涉及一种利用激光散斑自相关技术测量横向微位移的方法。

背景技术

在物理实验中，微位移是一种比较常见的待测物理量，例如在拉伸法测杨氏模量、线膨胀系数测量等实验中均是通过测量微位移来实现杨氏模量或者线膨胀系数的间接测量。在这一类实验中，除了传统的千分表法和光杠杆法之外，还可以采用电学、磁学传感器或者光学干涉法进行测量，而传感器与计算机相结合则可以实现智能测量。其中，散斑照相术测微位移是光学干涉计量的一个分支。在以往的利用散斑照相术测量微位移过程中，往往是针对二次曝光散斑图像的功率谱的干涉条纹周期进行测量，但这一测量会受到条纹对比度低、噪声大的影响。此为现有技术的不足之处。

如果将二次曝光散斑强度的功率谱再做一次傅里叶变换，即可得到三个散斑强度的自相关强度分布，其峰值点的间距与物体的横向微位移量有关。仅需测量最终光场中相邻两个自相关强度峰值点的间距，即可计算出物体的横向位移量。该方法中二次曝光散斑强度分布的功率谱的逆傅里叶变换光场及其相邻两个自相关强度峰值点间距的测量均利用计算机进行数字化处理，实现了微位移的智能化、自动化测量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种利用激光散斑自相关技术测量横向微位移的方法，有利于实现横向微位移测量。

本发明采用如下技术方案实现发明目的：

一种利用激光散斑自相关技术测量横向微位移的方法，其特征是包括以下步骤：

步骤一：将金属棒固定到热膨胀实验仪上；

步骤二：在所述金属棒的上端固定带有刻度的白板；

步骤三：打开所述热膨胀实验仪上的He-Ne激光器，所述He-Ne激光器发出的激光经扩束后照射到所述白板上，使得所述白板表面的照射区域形成激光散斑；

步骤四：调整成像透镜与CCD仪器的位置，使得所述白板表面照射区域所形成的散斑清晰的成像在所述CCD仪器上，使用所述CCD仪器记录下白板在初始位置时的散斑强度分布S₀(x′,y′)；

步骤五：利用所述白板上的刻度与所述CCD仪器记录的刻度的像测量所搭建成像系统的横向放大倍率M；

步骤六：设置好加热的温度上限，开启所述热膨胀实验仪上加热键，在所述金属棒加热过程中，每隔一定温度ΔT使用所述CCD仪器在相同的曝光条件下记录一次温度T_m下发生横向位移后的散斑强度分布S_m(x′,y′)；

步骤七：利用计算机将各温度T_m下所记录的散斑强度分布S_m(x′,y′)分别与初始温度时记录的散斑强度分布S₀(x′,y′)叠加得到相应温度T_m下的二次曝光强度分布S'_m(x′,y′)，再通过测量二次曝光强度分布S'_m(x′,y′)的功率谱的逆傅里叶变换光场中相邻两个自相关强度峰值点的间距，即可计算出各温度T_m相对初始温度时所述金属棒的伸长量ΔL_m；