線性調頻雙光束激光外差測量磁致伸縮系數的裝置及其方法
【專利摘要】線性調頻雙光束激光外差測量磁致伸縮系數的裝置及其方法，屬于磁致伸縮系數測量領域。為了解決目前磁致伸縮系數的測量方法的測量精度不高的問題。它包括線性調頻激光器、第一平面反射鏡、薄玻璃板、第二平面反射鏡、會聚透鏡、光電探測器、信號處理系統、激勵線圈、固定裝置和電源電路；利用電源電路對設置在激勵線圈中的被測樣品加電流，使光電探測器開始接收光束信號，信號處理系統連續采集光電探測器輸出的光電流，并對采集到的差頻信號進行處理，根據頻率與距離之間的關系獲得薄玻璃板與第二平面反射鏡之間的當前距離，再根據磁致伸縮系數的公式，獲得待測樣品的磁致伸縮系數。本發明用于測量磁致伸縮系數。
【專利說明】線性調頻雙光束激光外差測量磁致伸縮系數的裝置及其方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明屬于磁致伸縮系數測量領域。
【背景技術】
[0002]鐵磁質的磁疇在外磁場作用下會定向排列，從而引起介質中晶格間距的改變，致使鐵磁體發生長度的變化的現象被稱為磁致伸縮效應。由于這一現象首先由焦耳于1842年發現，因而也被稱為焦耳效應。磁致伸縮不但對材料的磁性有重要的影響(特別是對起始磁導率，矯頑力等)，而且效應本身在實際中的應用也很廣泛，如:磁致伸縮技術可以用于機械振動和超聲波換能器上，在激光雷達等方面有重要的應用。
[0003]利用材料在交變磁場作用下長度的變化，可制成超聲波發生器和接收器:通過一些特別的轉換裝置，可以制成力、速度、加速度等傳感器以及延遲線、濾波器等。在相同外磁場的條件下，不同的磁性物質磁致伸縮的長度變化是不同的，通常用磁致伸縮系數α (α=Λ 1/1)表征它形變的大小。因此，準確測量材料的磁致伸縮系數α是非常重要的。由于磁致伸縮效應引起的材料長度相對變化很微小，一般鐵磁材料的磁致伸縮系數只有10_5?10_6數量級，因此需采用一些高精度的方法加以測量。
[0004]磁致伸縮系數的測定歸結為微長度(位移)變化的測量。目前測量磁致伸縮系數的方法主要有非平衡電橋測量法、差動變電容測法、光杠桿、應變電阻片測量法和光學干涉法等。但是這些方法都存在各自的缺點和不足，因此測量精度都不高。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是為了解決目前磁致伸縮系數的測量方法的測量精度不高的問題，本發明提供一種線性調頻雙光束激光外差測量磁致伸縮系數的裝置及其方法。
[0006]本發明的線性調頻雙光束激光外差測量磁致伸縮系數的裝置，
[0007]所述裝置包括線性調頻激光器、第一平面反射鏡、薄玻璃板、第二平面反射鏡、會聚透鏡、光電探測器、信號處理系統、激勵線圈、固定裝置和電源電路；
[0008]被測樣品設置在激勵線圈中，且所述被測樣品通過固定裝置與第二平面反射鏡的一個面固定連接，所述固定裝置為非磁性材料固定裝置，所述電源電路為勵磁線圈提供能換向、調節電流大小的工作電源；
[0009]線性調頻激光器發出的激光入射至第一平面反射鏡，經第一平面反射鏡反射至薄玻璃板，并經薄玻璃板分成一號反射光和折射光；所述折射光入射至第二平面反射鏡的一個面，經所述第二平面反射鏡的一個面反射后的光與一號反射的光均入射至會聚透鏡，經會聚透鏡5會聚至光電探測器的光信號接收端，光電探測器的光電流信號輸出端與信號處理系統的光電流信號輸入端連接；
[0010]所述薄玻璃板和第二平面反射鏡平行且等高。
[0011]所述的線性調頻雙光束激光外差測量磁致伸縮系數的裝置的測量方法，它包括如下步驟:
[0012]步驟一:設置薄玻璃板與第二平面反射鏡之間的初始距離d，將被測樣品設置在激勵線圈中，使電源電路的電流增大，對被測樣品進行交流退磁，且使激勵線圈的電流不會發生磁飽和；
[0013]步驟二:信號處理系統獲得不同時刻的被測樣品的變化量Al值，所述Al等于薄玻璃板和第二平面反射鏡之間的距離變化量△(!，將獲得的不同時刻的Al值進行加權平
均求得被測樣品的平均變化量Δ7,求得被測樣品磁致伸縮系數αΞΔr'//，所述I等于被測
樣品的初始長度；
[0014]信號處理系統獲得當前時刻的Λ I值的方法:
[0015]對光電探測器輸出的光電流進行處理后，獲得外差信號的中頻電流Iif為:
【權利要求】
1.線性調頻雙光束激光外差測量磁致伸縮系數的裝置，其特征是在于，所述裝置包括線性調頻激光器1)、第一平面反射鏡(2)、薄玻璃板(3)、第二平面反射鏡(4)、會聚透鏡(5)、光電探測器(6)、信號處理系統、激勵線圈(11)、固定裝置和電源電路； 被測樣品設置在激勵線圈(11)中，且所述被測樣品通過固定裝置與第二平面反射鏡(4)的一個面固定連接，所述固定裝置為非磁性材料固定裝置，所述電源電路為勵磁線圈提供能換向、調節電流大小的工作電源； 線性調頻激光器(1)發出的激光入射至第一平面反射鏡(2)，經第一平面反射鏡(2)反射至薄玻璃板(3)，并經薄玻璃板(3)分成一號反射光和折射光；所述折射光入射至第二平面反射鏡(4)的一個面，經所述第二平面反射鏡(4)的一個面反射后的光與一號反射的光均入射至會聚透鏡(5)，經會聚透鏡(5)會聚至光電探測器(6)的光信號接收端，光電探測器(6)的光電流信號輸出端與信號處理系統的光電流信號輸入端連接； 所述薄玻璃板(3)和第二平面反射鏡(4)平行且等高。
2.根據權利要求1所述的線性調頻雙光束激光外差測量磁致伸縮系數的裝置，其特征在于，信號處理系統包括低通濾波器(7)、前置放大器(8)、A/D轉換器(9)和DSP(IO)；光電探測器出)的光電流輸出端與低通濾波器(7)的光電流輸入端連接，低通濾波器(7)的濾波信號輸出端與前置放大器(8)的濾波信號輸入端連接，前置放大器(8)的放大信號輸出端與A/D轉換器(9)的放大信號輸入端連接，A/D轉換器(9)的數字信號輸出端與DSP(IO)的數字信號輸入端連接。
3.根據權利要求1或2所述的線性調頻雙光束激光外差測量磁致伸縮系數的裝置，其特征在于，電源電路包括電流表(HiA)、電源(V)、單向開關(SI)、換向開關(S2)、第一滑動電阻(Rl)和第二滑動電阻(R2)； 換向開關(S2)的一個動觸點與激勵線圈(11)的一端連接，換向開關(S2)的另一個動觸點與激勵線圈(11)的另一端連接； 所述電流表(mA)的負極與電源(V)的正極連接，電源(V)的負極與單向開關(SI)的動端連接，單向開關(SI)的靜端同時與第二滑動電阻(R2)的一個固定端和可調端連接，第二滑動電阻(R2)的另一個固定端與第一滑動電阻(Rl)的一個固定端連接，第一滑動電阻(Rl)的可調端和另一個固定端同時與換向開關(S2)的一個靜觸點連接，電流表(mA)的正極與換向開關(S2)的另一個靜觸點連接。
4.根據權利要求3所述的線性調頻雙光束激光外差測量磁致伸縮系數的裝置，其特征在于，它還包括固定裝置，所述固定裝置包括第一固定棒(13)、第二固定棒(12)和固定部件(14)； 固定部件(14)通過第一固定棒(13)與被測樣品的一端固定連接，被測樣品的另一端通過第二固定棒(12)與所述第二平面反射鏡(4)的另一個面固定連接。
5.權利要求1所述的線性調頻雙光束激光外差測量磁致伸縮系數的裝置的測量方法，其特征在于，它包括如下步驟: 步驟一:設置薄玻璃板(3)與第二平面反射鏡(4)之間的初始距離d，將被測樣品設置在激勵線圈(11)中，使電源電路的電流增大，對被測樣品進行交流退磁，且使激勵線圈(11)的電流不會發生磁飽和； 步驟二:信號處理系統獲得不同時刻的被測樣品的變化量Al值，所述Al等于薄玻璃板⑶和第二平面反射鏡⑷之間的距離變化量Ad，將獲得的不同時刻的Al值進行加權平均求得被測樣品的平均變化量Δ?,求得被測樣品磁致伸縮系數α=Δl//，所述I等于被測樣品的初始長度； 信號處理系統獲得當前時刻的△ I值的方法: 對光電探測器輸出的光電流進行處理后，獲得外差信號的中頻電流Iif為:
6.根據權利要求5所述的線性調頻雙光束激光外差測量磁致伸縮系數的裝置的測量方法，其特征在于，獲得外差信號的中頻電流Iif的方法為: 在不考慮薄玻璃板自身厚度的情況下，在t-L/c時刻到達薄玻璃板(3)的前表面的反射光場為:
【文檔編號】G01R33/18GK103954922SQ201410205977
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月15日 優先權日:2014年5月15日
【發明者】李彥超, 韓雪冰, 楊九如, 冉玲苓, 高揚, 楊瑞海, 杜軍, 丁群, 王春暉, 馬立峰, 于偉波 申請人:黑龍江大學
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