[发明专利]基于图像传感的测量固体材料热膨胀系数的装置和方法

说明书

本发明公开了一种基于图像传感的测量固体材料热膨胀系数的装置和方法，装置由长工作距离显微系统、调节装置、照明和指示光源、高低温箱、标定板和测量控制系统组成；长工作距离显微系统用于测量不同长度的待测对象；调节装置用于固定长工作距离显微系统和调节长工作距离显微系统的高低、水平方向上的位置以及俯仰角；照明和指示光源用于测量时的照明和调节时的指示；高低温箱用于调节箱内温度；标定板用于计算图像上像素长度与实际物理长度的换算关系；测量控制系统用于开启和关闭照明光源，自动控制高低温箱的温度，显示和保存通过长工作距离显微系统拍摄到的图像，并能自动计算热膨胀系数和保存测量数据。本发明测量条件的限制较小，可用于不同大小材料的测量。

技术领域

本发明涉及固体材料热膨胀系数测量技术，特别是一种基于图像传感的测量固体材料热膨胀系数的装置和方法。

背景技术

在自然界中，物体的热膨胀现象普遍存在，这给人们的生活、工业制造等带来了诸多不便。尤其是在制造精密仪器、精密机械和测试技术中，温度的改变会使得被加工和被测量的某些物体产生热变形。材料线膨胀系数是物质的基本热物理参数之一，是表征材料性质的重要特征量。一般来说，衡量一个物体热变形的主要参数被称之为组成这个物体材料的“热膨胀系数”。对于一般的固体材料，通常所说的热膨胀系数指的是固体材料的线膨胀系数。准确测量材料热膨胀系数，对于基础科学研究、技术创新、工程应用都具有重要的意义。

将被测物体标准温度下的长度尺寸设为L，将相对于标准温度的温度变化量(测定时的温度-标准温度)设为ΔT，将使被测物体的温度相对于标准温度变化了ΔT时的长度尺寸的变化量(热膨胀量)设为ΔL，通过下式求出热膨胀系数α

常见的测量固体热膨胀系数的方法有顶杆法、干涉法、光声法等，顶杆法涵盖了低温、中温和高温范围，测量范围相对较广；凡是利用激光技术的方法，精度都很高，但由于测量装置本身的限制，测量范围受到限制。这些测量方法的实验装置比较复杂，根据装置的不同，需要将被测的材料做成圆杆或方杆，不能直接测量已加工完成的材料，不利于实际的工业测量。同时，有些材料在温度改变后，需要比较长的时间才能使得材料热膨胀充分完成，这使得测量时间较长。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种新的测量固体材料热膨胀系数的装置和方法，解决固体热膨胀系数测量中测量条件限制大、长时间测量无法自动完成的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于图像传感的测量固体材料热膨胀系数的装置，包括长工作距离显微系统、调节装置、照明和指示光源、高低温箱、标定板和测量控制系统；

所述长工作距离显微系统由三组光路组成，用于测量不同长度的待测对象；

所述调节装置用于固定所述长工作距离显微系统和调节所述长工作距离显微系统的高低、水平方向上的位置以及俯仰角；

所述照明和指示光源由LED灯和面激光器组成，用于测量时的照明和调节时的指示；

所述高低温箱用于调节箱内温度，侧面设有透明窗口，用于长工作距离显微系统观察被测物体的变化；

所述标定板用于计算图像上像素长度与实际物理长度的换算关系；

所述测量控制系统用于开启和关闭照明光源，自动控制高低温箱的温度，显示和保存通过长工作距离显微系统拍摄到的图像，自动计算热膨胀系数和保存测量数据。

进一步的，所述长工作距离显微系统的每一组光路均相同，每一组光路由三片透镜组成，包括两片双胶合消色差正透镜和一片双凹负透镜。

进一步的，所述调节装置由底座、平台、平移台、旋转台和摆角器组成；平台安装在底座上，平移台安装于底座上，用于调节长工作距离显微系统相对于被测物体的位置；旋转台安装于平移台上，用于调节长工作距离显微系统的方向；摆角器安装于升降台上，用于调节长工作距离显微系统的俯仰角度。