一種光纖環及其骨架材料膨脹系數簡易測量方法
【專利摘要】本發明提供一種光纖環及其骨架材料膨脹系數簡易測量方法，測量裝置的底座為人造大理石臺板，上面安裝適當的支架固定位移數顯表，用以測量光纖環及其骨架材料隨溫度變化的位移量。支架相對于底座的安裝，要求保證相應的垂直度、平行度等位置度要求，并與底座的連接牢固可靠。采用上述方案測量材料的線膨脹系數，雖然測量精度不是很高，但對被測量材料的外形沒有特別要求，可以實現光纖環及其骨架材料線膨脹系數的簡單快速測量。
【專利說明】一種光纖環及其骨架材料膨脹系數簡易測量方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于測量【技術領域】，尤其涉及的是一種光纖環及其骨架材料膨脹系數簡易快速測量方法。
【背景技術】
[0002]光纖環作為光纖陀螺的核心傳感部件，其性能的好壞將對光纖陀螺的最終技術指標，目前光纖陀螺用光纖環主要有兩種形式:有骨架和無骨架，無骨架的光纖環安裝時采用壓板方式進行固定，由于對外界震動比較敏感，一般只用在震動較小的特定場合；而應用更多的是有骨架的光纖環，由于光纖環與骨架材料的膨脹系數通常不一致，在環境溫度變化時骨架對光纖環產生擠壓或拉伸，從而對光纖環的性能產生很大的影響，為此，需要對光纖環和骨架材料的膨脹系數進行測量，以找出匹配的骨架材料。
[0003]傳統的線膨脹系數傳統的測量方法主要有頂桿式膨脹計法、讀數顯微鏡法、全息干涉法、邁克爾遜干涉法、多光束干涉法等，其基本的組成主要有溫度控制加熱系統、位移測量系統(如干涉儀、顯微鏡等)、電測系統。頂桿式膨脹計法、讀數顯微鏡法法雖然簡單易行，但對長度變化量的測量精度低，不能用于測量線脹系數較小的材料，對干涉法由于其干涉條紋的精細程度高而被用來測量固體材料的線膨脹系數，然而在測量中因需要加熱固體樣品直接用來推動干涉儀的鏡面移動，使鏡面移動在加熱溫度較高時有可能偏離方向，增加了操作難度，對測量環境要求也高，不能用于光纖環及其骨架材料膨脹系數的測量。
[0004]通過對各種測量方法的比較，可以看出:頂桿法涵蓋了低溫、中溫和高溫范圍，測量范圍相對較廣，凡是利用激光技術的方法，精度都很高，但由于測量裝置本身的限制，測量范圍受到限制，樣品形狀一般為桿狀，由于測量裝置的設計，有的設計成方桿，有的設計成圓桿，測量屬于相對測量還是絕對測量，則取決于裝置的設計，大部分方法都是相對測量裝置，只有一部分裝置才是絕對測量裝置，如激光干涉法。
[0005]激光干涉法測量材料線膨脹系數和傳統的頂桿法相比，具有測量準確和測量分辨率高等優點。這種方法主要在一些國家計量單位和對測量準確度有很高要求的實驗室采用，由于設備昂貴，一般不用于現場測量。由于該方法測量的是樣品的長度隨溫度的絕對變化，不與其他任何物質的物性發生關系，屬絕對測量方法，因此常用于給出參考物質的線膨脹率。由于采用激光干涉法測量材料線膨脹系數時，需要樣品表面有足夠的光反射強度，以便能夠采集、測量干涉條紋變化。加熱過程中，由于材料發生形變和相變，樣品表面質量會發生變化，因此，在高溫環境下，有時很難保證材料表面質量達到實驗要求。
[0006]因此，現有技術存在缺陷，需要改進。
【發明內容】
[0007]本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種光纖環及其骨架材料膨脹系數簡易快速測量方法。
[0008]本發明的技術方案如下:[0009]一種光纖環及其骨架材料膨脹系數簡易測量方法，其中包括以下步驟:
[0010]步驟1:將被測光纖環置于高低溫交變試驗箱中，升溫至60°C并保溫0.5小時后，迅速通過兩個固定塊垂直置于測量裝置底座上，使測針壓在被測光纖環徑向最高點，位移數顯表讀數置零，保持裝置不動，待被測光纖環冷卻到室溫后，位移數顯表讀數即為徑向變化量AL，同時在室溫下測出被測光纖環的基本尺寸L，采用預定公式計算得到徑向線膨脹系數；
[0011]步驟2:將被測光纖環置于高低溫交變試驗箱中，升溫至60°C并保溫0.5小時后，迅速通過I個固定塊水平設置于測量裝置底座上，使測針垂直被測光纖環軸向一側，位移數顯表讀數置零，保持裝置不動，待被測光纖環冷卻到室溫后，位移數顯表讀數即為軸向變化量AL，同時在室溫下測出被測光纖環的基本尺寸L，采用預定公式計算得到軸向線膨脹系數。
[0012]所述的測量方法，其中，所述步驟I中，通過兩個固定塊垂直置于測量裝置底座上的具體步驟為:將被測光纖環垂直設置于測量裝置底座上，同時采用兩個固定塊夾持，采用測針與被測光纖環連接，并在測針上設置有位移數顯表，所述測針、所述位移數顯表及被測光纖環均在同一垂直線上垂直于測量裝置底座。
[0013]所述的測量方法，其中，所述步驟2中，通過I個固定塊水平設置于測量裝置底座上的具體步驟為:將被測光纖環水平設置于測量裝置底座上，采用測針垂直與被測光纖環一側連接，并在測針上設置有位移數顯表，所述測針、所述位移數顯表垂直于所述被測光纖環及所述測量裝置底座。
[0014]所述的測量方法，其中，所述預定公式為:a = ( AL/At)/L，其中:a為線膨脹系數，單位為。C ―1 ; A L為徑/軸向變化量,單位為mm ；L為室溫時徑/軸向基本尺寸，單位為mm ； A t為溫度差,單位為。C。
[0015]所述的測量方法，其中，所述測量裝置底座為人造大理石臺板；所述位移數顯表為內置光柵尺的數顯測距表，位移數顯表的表頭裝有采用熱惰性材料加工的測量探針。
[0016]所述的測量方法，其中，所述測量探針的直徑尺寸為10mm。
[0017]采用上述方案，快速確定光纖環及其骨架材料的軸向和徑向膨脹系數，為光纖環的結構設計提供技術依據，對光纖環及其骨架材料膨脹系數的測量主要要求快速簡單，對測量溫度范圍和精度方面要求不是很高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明光纖環徑向膨脹系數測量結構示意圖。
[0019]圖2為本發明光纖環軸向膨脹系數測量結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]以下結合附圖和具體實施例，對本發明進行詳細說明。
[0021]實施例1
[0022]如圖1所示，將被測光纖環2置于高低溫交變試驗箱中，升溫至60°C并保溫0.5小時后，迅速通過兩個固定塊3置于測量裝置底座I上，也就是說，將被測光纖環2垂直設置于測量裝置底座I上，并同時采用兩個固定塊3夾持，采用測針4與被測光纖環2連接，并在測針4上設置有位移數顯表5，測針4、位移數顯表5及被測光纖環2均在同一垂直線上垂直于測量裝置底座I上，通過適當調整，使測針4壓在光纖環徑向最高點，位移數顯表5讀數置零，保持裝置不動，待被測光纖環2冷卻到室溫后，位移數顯表5讀數即為徑向變化量AL，同時在室溫下測出被測光纖環的基本尺寸L，則被測光纖環徑向線膨脹系數可通過公式一得出，徑向膨脹系數:
[0023]a = ( A L/ A t) /L
[0024]式中:a為線膨脹系數,單位為。C ―1 ; AL為徑向變化量,單位為mm ；L為室溫時徑向基本尺寸，單位為mm ; At為溫度差,單位為。C。
[0025]如圖2所示，將被測光纖環2置于高低溫交變試驗箱中，升溫至60°C，并保溫0.5小時后，迅速通過I個固定塊3置于測量裝置底座I上，也就是說，將被測光纖環2水平設置于測量裝置底座I上，采用測針4垂直與被測光纖環2 —側連接，并在測針4上設置有位移數顯表5，測針4、位移數顯表5垂直于被測光纖環2及測量裝置底座1，通過適當調整，使測針4壓在光纖環軸向最高點，位移數顯表5讀數置零，保持裝置不動，待被測光纖環2冷卻到室溫后，位移數顯表5讀數即為軸向變化量AL，同時在室溫下測出被測光纖環的基本尺寸L，則被測光纖環軸向線膨脹系數可通過公式一得出，軸向膨脹系數:
[0026]a = (A L/At)/L
[0027]式中:a為線膨脹系數,單位為。C ―1 ; AL為徑向變化量,單位為mm ;L為室溫時徑向基本尺寸，單位為mm ; At為溫度差,單位為。C。
[0028]實施例2
[0029]在上述實施例的基礎上，進一步，如圖1-圖2所示，本發明提供一種光纖環及其骨架材料膨脹系數簡易測量方法，其中，包括以下步驟:
[0030]步驟1:將被測光纖環2置于高低溫交變試驗箱中，升溫至60°C并保溫0.5小時后，迅速通過兩個固定塊3垂直置于測量裝置底座I上，使測針4壓在被測光纖環2徑向最高點，位移數顯表5讀數置零，保持裝置不動，待被測光纖環2冷卻到室溫后，位移數顯表5讀數即為徑向變化量AL，同時在室溫下測出被測光纖環2的基本尺寸L，采用預定公式計算得到徑向線膨脹系數；
[0031]步驟2:將被測光纖2環置于高低溫交變試驗箱中，升溫至60°C并保溫0.5小時后，迅速通過I個固定塊3水平設置于測量裝置底座I上，使測針4垂直被測光纖環軸向一側，位移數顯表5讀數置零，保持裝置不動，待被測光纖2環冷卻到室溫后，位移數顯表5讀數即為軸向變化量AL，同時在室溫下測出被測光纖環2的基本尺寸L，采用預定公式計算得到軸向線膨脹系數。
[0032]所述步驟I中，通過兩個固定塊3垂直置于測量裝置底座I上的具體步驟為:將被測光纖環2垂直設置于測量裝置底座I上，同時采用兩個固定塊3夾持，采用測針4與被測光纖環2連接，并在測針4上設置有位移數顯表5，所述測針4、所述位移數顯表5及被測光纖2環均在同一垂直線上垂直于測量裝置底座。
[0033]所述步驟2中，通過I個固定塊3水平設置于測量裝置底座I上的具體步驟為:將被測光纖環2水平設置于測量裝置底座I上，采用測針4垂直與被測光纖環2 —側連接，并在測針4上設置有位移數顯表5，所述測針4、所述位移數顯表5垂直于所述被測光纖環2及所述測量裝置底座I。[0034]上述中，所述預定公式為:a = (AL/At)/L，其中:a為線膨脹系數，單位為。C ―1 ; AL為徑/軸向變化量,單位為mm ；L為室溫時徑/軸向基本尺寸，單位為mm ; A L為溫度差，單位為。C。
[0035]所述測量裝置底座I為人造大理石臺板；所述位移數顯表5為內置光柵尺的數顯測距表，位移數顯表5的表頭裝有采用熱惰性材料加工的測量探針。所述測量探針的直徑尺寸為10mm。
[0036]進一步說明，測量裝置的底座I為人造大理石臺板，上面安裝適當的支架固定位移數顯表5，用以測量光纖環2及其骨架材料隨溫度變化的位移量。支架相對于底座的安裝，要求保證相應的垂直度、平行度等位置度要求，并與底座的連接牢固可靠。位移數顯表5為內置光柵尺的數顯測距表，表頭加裝采用熱惰性材料加工的測量探針，以降低熱傳遞效率，減小位移測量誤差，同時，探針的直徑尺寸為10mm，以加大探針與被測件的接觸面積，降低接觸點的壓強，減小被測件接觸點的壓變形。固定塊3亦采用熱惰性材料加工而成，以避免被測光纖環2及其骨架固定放置時局部的溫度驟變，固定塊3的尺寸無嚴格要求，隨被測光纖環及其骨架的尺寸大小作相應調整，以被測件放置穩妥為準。
[0037]本發明首次采用微位移法直接測量光纖環及其骨架材料徑向和軸向長度微小相對變化量；并且采用熱惰性材料測量探針，降低熱傳遞效率，減小位移測量誤差，本發明的測量范圍大，對被測量材料的形狀沒有要求，不需要對被測件進行特殊加工，測量方法簡單快捷、方便，不需要繁雜的測量過程，對測量環境沒有特殊要求。
[0038]應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。
【權利要求】
1.一種光纖環及其骨架材料膨脹系數簡易測量方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:將被測光纖環置于高低溫交變試驗箱中，升溫至60°C并保溫0.5小時后，迅速通過兩個固定塊垂直置于測量裝置底座上，使測針壓在被測光纖環徑向最高點，位移數顯表讀數置零，保持裝置不動，待被測光纖環冷卻到室溫后，位移數顯表讀數即為徑向變化量AL，同時在室溫下測出被測光纖環的基本尺寸L，采用預定公式計算得到徑向線膨脹系數； 步驟2:將被測光纖環置于高低溫交變試驗箱中，升溫至60°C并保溫0.5小時后，迅速通過I個固定塊水平設置于測量裝置底座上，使測針垂直被測光纖環軸向一側，位移數顯表讀數置零，保持裝置不動，待被測光纖環冷卻到室溫后，位移數顯表讀數即為軸向變化量AL，同時在室溫下測出被測光纖環的基本尺寸L，采用預定公式計算得到軸向線膨脹系數。
2.如權利要求1所述的測量方法，其特征在于，所述步驟I中，通過兩個固定塊垂直置于測量裝置底座上的具體步驟為:將被測光纖環垂直設置于測量裝置底座上，同時采用兩個固定塊夾持，采用測針與被測光纖環連接，并在測針上設置有位移數顯表，所述測針、所述位移數顯表及被測光纖環均在同一垂直線上垂直于測量裝置底座。
3.如權利要求1所述的測量方法，其特征在于，所述步驟2中，通過I個固定塊水平設置于測量裝置底座上的具體步驟為:將被測光纖環水平設置于測量裝置底座上，采用測針垂直與被測光纖環一側連接，并在測針上設置有位移數顯表，所述測針、所述位移數顯表垂直于所述被測光纖環及所述測量裝置底座。
4.如權利要求1所述的測量方法，其特征在于，所述預定公式為: a = (AL/At)/L,其中:a為線膨脹系數，單位為°C ―1 ; A L為徑/軸向變化量，單位為mm ;L為室溫時徑/軸向基本尺寸,單位為mm ; A t為溫度差,單位為。C。
5.如權利要求1所述的測量方法，其特征在于，所述測量裝置底座為人造大理石臺板；所述位移數顯表為內置光柵尺的數顯測距表，位移數顯表的表頭裝有采用熱惰性材料加工的測量探針。
6.如權利要求5所述的測量方法，其特征在于，所述測量探針的直徑尺寸為10mm。
【文檔編號】G01N25/16GK103645206SQ201310642496
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月3日 優先權日:2013年12月3日
【發明者】高業勝, 陳學斌 申請人:中國電子科技集團公司第四十一研究所