[发明专利]一种热膨胀系数高通量检测装置及其控制方法

说明书

技术领域

本申请涉及自动化控制技术领域，特别涉及一种热膨胀系数高通量检测装置及其控制方法。

背景技术

合金材料的体积会随着温度的变化而发生变化，热膨胀系数是衡量这种变化的一个重要参数，其表示为单位温度变化下材料所产生的应变量。在工程运用领域，热膨胀系数是进行材料选择和结构设计的一个非常关键的参数。

目前测量固体材料热膨胀系数的方法基本是理论结合实验的方法，主要有光杠杆法、云纹法、劈尖法、激光扫描测微法、电子散斑法、光纤光栅法、顶杆膨胀法和迈克尔逊干涉法。每种技术都有自己适用的场合，并不具有普遍性，且操作复杂，不具有高效性，很难实现对固体材料热膨胀系数的高通量测量。例如光杠杆法测量的温度范围小，分辨率低，对于热膨胀系数小的材料很难识别；云纹法要求在测量表面刻蚀精确的光栅，工艺要求较高，同时对材料产生了一定的破坏性，对材料的性能产生了一定的影响，且其光路复杂，对材料的质地要求较高。工作量大，不能高效测量大量样本的热膨胀系数；激光扫描测微法和电子散斑法对测量的环境要求较高，抗干扰能力较弱，测量数据容易受到干扰而产生很大的误差，无法满足测量数据对于高精度的要求。光纤光栅法需要将光栅固定在材料的表面或者埋入材料的内部，和材料一起加热直接测量其热膨胀性，再通过理论的计算得到测量的结果，但是在测量后光纤光栅不能重复利用，再次测量时需要重新标定，因此其工作量也较大，效率不高；顶杆膨胀法是一种非绝对测量的方法，需要做进一步的校对工作，且该方法属于接触式测量，杆与样品之间的机械应力会影响测试结果的准确性，因而此方法的测量精度较低；迈克尔逊干涉法，此方法中产生干涉的两束光分别来自样品和标样的反射，标样以及样平台等部件不可避免的热膨胀也会影响测试精度，测试结果不直观。

每种测量方法与手段都具有不同的特点，适用的材料也有差异。对于某些特殊材料来说，热膨胀系数随着温度的变化而产生的变化极其微小，因此，对测量方法及其测量装置的精度提出更高的要求。尤其针对需要在短时间内完成对大量不同成分的合金材料样品的测试，则测定装置需要具有操作方便，测量快速的特点。

发明内容

本申请的目的在于提供一种热膨胀系数高通量检测装置及其控制方法，能够提高热膨胀系数的检测精度。

为实现上述目的，本申请提供一种热膨胀系数高通量检测装置，所述装置包括激光发射器、半反射透镜、加热台以及电荷耦合器件摄像机，其中：所述加热台上放置待测样品，所述加热台产生热量，以加热所述待测样品，并使得所述待测样品发生膨胀；所述激光发射器发射出的光线抵达所述半反射透镜后，分别产生反射光和透射光；所述反射光反射至所述电荷耦合器件摄像机中，所述透射光在所述待测样品表面发生反射后也反射至所述电荷耦合器件摄像机中。

进一步地，所述装置还包括控制主机，所述控制主机分别与所述激光发射器、所述加热台以及所述电荷耦合器件摄像机相连，其中：

所述控制主机用于向所述激光发射器传输激光器控制信号，以控制所述激光发射器的位置和角度；

所述控制主机还用于向所述加热台发送加热控制信息，以调节所述加热台的加热温度；

所述控制主机还用于从所述电荷耦合器件摄像机处获取干涉信号。

进一步地，所述加热台中还设置有温度传感设备，所述温度传感设备用于将所述加热台当前的加热温度反馈给所述控制主机。

本申请还提供一种热膨胀系数高通量检测装置的控制方法，所述方法包括：

激光发射器发射激光，所述激光到达半反射透镜后，生成反射光和透射光；

所述反射光传输进入电荷耦合器件摄像机，所述透射光通过放置于加热台上的待测样品的表面反射后也进入所述电荷耦合器件摄像机；其中，所述加热台通过预先设定的温度加热所述待测样品，以使得所述待测样品发生膨胀；

所述反射光与所述透射光产生的反射光在所述电荷耦合器件摄像机内发生干涉，所述电荷耦合器件摄像机记录对应的干涉条纹的位置。

进一步地，所述方法还包括：

所述激光发射器接收控制主机发送来的激光器控制信号，并根据所述激光器控制信号调节当前的位置和发射激光的角度。

进一步地，所述方法还包括：

所述加热台接收控制主机发来的加热控制信号，并将对所述待测样品加热的温度设置为所述加热控制信号指定的温度；

所述加热台将当前的加热温度反馈至所述控制主机。

进一步地，所述方法还包括：

所述电荷耦合器件摄像机生成包含所述干涉条纹的位置的干涉信号，并将所述干涉信号发送至控制主机。