CN103063145A - 多功能智能型激光散斑干涉测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

多功能智能型激光散斑干涉测量装置及方法，通过光学准直系统、分束器、反射镜、材料测试系统以及CCD成像系统与温度传感技术和单片机技术相结合，实现了导磁导电等材料在不同温度和压力下离面位移的测量。光学准直系统具有准直和消除球差的作用，为高质量干涉成像提供了保障；材料架能实现对圆柱形、正方体、长方体等不同材料、形状大小的样品做离面位移测量实验，应用范围广；通过量化旋转角度能判断施压大小；采用电涡流加热系统提高测试物品的温度，使实验研究不受客观温度环境的影响；温度传感器与单片机提高了测温的精确性，使温控系统更加智能化。测量装置具有结构紧凑、方便灵活、成像质量高、智能化等特点，适于在机械、土木、水利、电器、航空航天、兵器工业及生物医学等诸多领域中广泛应用。

Description

多功能智能型激光散斑干涉测量装置及方法

技术领域：

本发明涉及一种激光散斑干涉测量物体离面位移的装置及其测量方法，尤其涉及一种多功能智能变温变压激光散斑干涉测量装置与方法，适用于在机械、土木、水利、电器、航空航天、兵器工业及生物医学等诸多领域中广泛应用。

背景技术：

自1960年世界上第一台红宝石激光器诞生以来，各类激光技术发展极为迅速，激光散斑测量物体力学、热学性能的技术，由于具有全场非接触、灵敏度高、结构简单等优点得到了广泛的应用。目前，国内外都有关于激光散斑测量物体离面位移等性质的报道，但在大多数已经报道的激光散斑测量系统中，存在装置结构单一、激光准直扩束系统设计简单、样品测试系统和测试内容单一、智能化程度不高等缺点，如：中国专利（授权公告号：CN100552431C）中激光器与分束器之间没有任何准直聚焦装置，由于激光器发出的激光束通常为高斯光束而且存在一定的发散角，入射到分束器上的激光通常不是平行光，被分束镜分光后光束发散，两束激光中满足光束相干条件的光较少，不利于干涉条纹的形成，而且能量利用率低；中国专利（授权公告号：CN100378432C）中激光器与分束器之间采用简单的凸透镜组作为准直扩束系统，激光器发出的高斯光束经简单的凸透镜后由于球差的存在不能会聚成同心光束，即不能会聚于一点，这样，经第二个凸透镜后，光束也不能以平行光入射到分束器。此外，在上述两项专利中，被测物品材料单一、外部环境条件单一，只能满足室温条件下对物体激光散斑特性的测试，智能化程度低，导致适用范围受限。

发明内容：

本发明的目的提供一种多功能、智能型、结构紧凑、方便灵活、高质量的激光散斑干涉测量装置，本发明的另一目的提供多功能智能型激光散斑干涉测量物体离面位移的方法。

本发明为了解决现有技术存在的智能化程度低，导致适用范围受限等技术问题以及为满足实际需求，提供的解决方案是：一种多功能智能型激光散斑干涉测量装置，包括激光发射器，分束器、反射镜，在由所述激光发射器、分束器和反射镜构成的水平光路上在激光发射器与分束器之间还设有光学准直系统；与所述水平光路垂直的光路上，面向所述分束器的S1面设置有样品测试系统，所述样品测试系统分别连接有电涡流加热系统和温度显示与控制系统；面向所述分束器的S2面，依次设置有CCD成像系统和计算机显示系统；其中：

所述光学准直系统中靠近激光发射器的水平光路上依次设置有负凹凸透镜，双凸透镜和孔径光阑，负凹凸透镜和双凸透镜均镀有0.6um波段增透膜；

所述分束器与水平光路的正向夹角为45°，靠近光学准直系统的一面镀有0.6um波段半透半反膜，靠近全反射镜的一面镀有0.6um波段增透膜；

所述反射镜靠近光路的一面镀有0.6um波段高反膜；

所述样品测试系统主要由固定台、材料架及固定挡板，通过测量转轴和定位螺杆将上述各部分串接夹紧固定而成；

所述固定台由竖直挡板与水平挡板底架构成，在所述竖直挡板上设有与材料架配合的挡板凹槽和通光孔；在所述水平挡板底架上设有与固定挡板配合的燕尾槽；

所述材料架由带长方形+圆形材料架或由带正方形+圆形材料架的透孔构成,其上设有温度传感测量区；

所述固定台上挡板凹槽、通光孔与材料架上的样品放置孔（MNOPQR）或样品放置孔（M’N’O’P’Q’R’）以及固定挡板上的转轴套筒和测量转轴位置相应；

所述固定挡板的平面板上设有螺丝孔和转轴套筒,转轴套筒的一端面上设有圆形孔径，另一端面上设有圆形孔径，转轴套筒靠近材料架的一端外表面缠有涡流线圈；所述固定挡板的底部为燕尾底座，与所述燕尾槽尺寸相匹配；

所述测量转轴由转轴旋钮、螺纹转子及半球形转轴头构成，所述转轴旋钮上带有转轴刻度；半球形转轴头与螺纹转子通过圆形孔径和圆形孔径在被测材料上施加应力；

所述定位螺丝通过螺丝孔和螺丝孔将固定挡板、固定台串接并夹紧固定；

所述电涡流加热系统是在转轴套筒靠近材料架的一端外表面缠有涡流线圈，涡流线圈与电源、电磁控制器、继电器串联成一闭合的回路，电磁控制器将220V、50-60Hz的交流电整流成直流电，再将直流电转换成频率为20-40KHz的高频高压电，高频电流流过涡流线圈提供交变涡流磁场通过样品材料，使材料高速发热，从而产生形变；

所述温度显示与控制系统，是采用DS18B20数字温度传感器与STC12C5A60S2单片机作为控制核心，利用外部供电实现二者的连接；DS18B20数字温度传感器置于材料架的温度传感测量区或温度传感测量区，进行温度采集，将采集到的温度信号通过单片机转化为数字显示信号，当DS18B20数字温度传感器采集到的温度超过设定的温度上限时，单片机将控制继电器使涡流线圈所在电路断开,不再进行样品材料加热，当温度低于所设定的温度下限时，单片机将控制继电器使涡流线圈所在电路连接,进行样品材料加热。

利用多功能智能型激光散斑干涉测量装置测量物体离面位移的方法，按下述步骤进行：

1）测量常温时不同压力下样品材料的离面位移

在室温条件下，调节并旋转测量转轴的转轴旋钮，使半球形转轴头向前移动并通过转轴套筒一端的圆孔和另一端圆孔紧贴测试样品，此时转轴刻度为0。打开激光发射器发出0.6um波段范围的激光，经负凹凸透镜、双凸透镜、孔径光阑后平行入射于分束器，分束器将其分成能量相等的两束激光，一束激光经分束器透射后又经反射镜反射沿原路返回分束器，经分束器反射后到达CCD成像系统，另一束激光经分束器反射后通过通光孔直接照射在样品材料表面上，被反射后经分束器透射与第一束激光一同到达CCD成像系统，两束激光通过干涉形成干涉条纹并在计算机显示系统上显示出来，此时两束激光光程差为零；

随旋转转轴旋钮至不同刻度时，通过半球形转轴头对样品材料施加压力的改变，样品材料表面对应会随之产生不同微小形变量，对应两束激光的光程差为样品材料表面微小形变量的二倍，即为物体的离面位移，并通过计算机显示系统显示样品材料的各离面位移量数值；

2）无施加压力时不同温度下样品材料的离面位移

将转轴旋钮旋转回刻度0，同时开启电涡流加热系统与温度显示与控制系统，设置温度上限为25°C，电磁控制器将220V、50-60Hz的交流电整流成直流电，再将直流电转换成频率为20-40KHz的高频高压电，高频电流流过涡流线圈并提供交变涡流磁场通过样品材料，样品材料内会产生无数的小涡流，使材料本身高速发热，从而产生形变。将DS18B20数字温度传感器的置于材料架的温度传感测量区或温度传感测量区进行温度采集，采集到的温度信号通过单片机转化为数字显示信号，当温度升高到25°C时，单片机将控制继电器使涡流线圈所在电路断开。热形变后，样品材料表面会产生微小形变量，产生离面位移，计算机显示系统上将显示样品材料的离面位移量；

3）压力一定、不同温度时，样品材料的离面位移

将转轴旋钮旋转至指定刻度,分别设置不同的温度上限，同时开启电涡流加热系统与温度显示与控制系统，重复上述2）中的实验步骤，通过计算机显示系统分别显示样品材料的离面位移量。

本发明的特点及有益效果：本发明与现有技术相比，具有快速实时、多功能、智能化、非接触、高精度和高灵敏度等优点，可用于检测各种工程机械及设备的变形、振动、粗糙度、刚度和强度等特性，还可用于土木结构、水利设施的变形测量，尤其是不同环境温度、不同外界压力条件下导磁导电金属材料的离面位移的智能化测量。本发明中所设计的光学准直系统不仅具有准直作用，同时还兼有消除球差的作用，为高质量干涉成像提供了有力的保障；所设计的材料架能实现对圆柱形、正方体、长方体等不同材料和不同形状大小的样品进行离面位移测量实验，应用范围更广；量化了旋转角度，通过旋转时的刻度值来判断施加压力的大小；采用电涡流加热系统提高测试物品的温度，以研究不同环境温度下样品的离面位移特性，使实验研究不受客观温度环境的影响，温度传感器与单片机的引入不仅提高了测温的精确性，同时也使温控系统更加智能化。

附图说明

图1多功能智能型激光散斑干涉测量装置示意图

图2光学准直系统示意图

图3样品测试系统结构图

图4固定台结构图

图5材料架结构图

图6固定挡板结构图

图7测量转轴结构图

图8定位螺丝结构图

图9电涡流加热与温度显示与控制系统示意图

具体实施方式：

下面结合图1—图9对本发明的内容作进一步详细说明。

参看图1，多功能智能型激光散斑干涉测量装置，包括激光发射器、分束器、反射镜，其特征在于：在由所述激光发射器、分束器和反射镜构成的水平光路上在激光发射器与分束器之间还设有光学准直系统；与所述水平光路垂直的光路上，面向所述分束器的S1面设置有样品测试系统，所述样品测试系统分别连接有电涡流加热系统和温度显示与控制系统；面向所述分束器的S2面，依次设置有CCD成像系统和计算机显示系统；其中：

参看图2，所述光学准直系统中靠近激光发射器的水平光路上依次设置有负凹凸透镜1，双凸透镜2和孔径光阑3，所述负凹凸透镜1和双凸透镜2均镀有0.6um波段增透膜；

所述分束器与水平光路的正向夹角为45°，靠近光学准直系统的一面镀有0.6um波段半透半反膜，靠近全反射镜的一面镀有0.6um波段增透膜；

所述反射镜靠近光路的一面镀有0.6um波段高反膜；

参看图3，所述样品测试系统主要有固定台4、材料架5及固定挡板6，通过测量转轴7和定位螺杆8将上述各部分串接夹紧固定而成；

参看图4，所述固定台4由竖直挡板4a与水平挡板底架4b构成，在所述竖直挡板4a上设有与材料架5配合的挡板凹槽4c和通光孔4d；在所述水平挡板底架4b上设有与固定挡板6配合的燕尾槽4f；

参看图5，所述材料架5由带长方形+圆形材料架5a或由带正方形+圆形材料架5a’的透孔构成,其上设有温度传感测量区；

所述固定台4上挡板凹槽4c、通光孔4d与材料架5上的样品放置孔MNOPQR或样品放置孔M’N’O’P’Q’R’以及固定挡板6上的转轴套筒6c和测量转轴7位置相应；

参看图6，所述固定挡板6的平面板6a上设有螺丝孔6b和转轴套筒6c,转轴套筒6c的一端面上设有圆形孔径6d，另一端面上设有圆形孔径6e，转轴套筒6c靠近材料架的一端外表面缠有涡流线圈6f；所述固定挡板6的底部为燕尾底座6g，与所述燕尾槽4f尺寸相匹配；

参看图7，所述测量转轴7由转轴旋钮7a、螺纹转子7b及半球形转轴头7c构成，所述转轴旋钮7a上带有转轴刻度7d；半球形转轴头7c与螺纹转子7b通过圆形孔径6e和圆形孔径6d在被测材料上施加应力；

参看图8，所述定位螺丝8通过螺丝孔6b和螺丝孔4e将固定挡板6、固定台4串接并夹紧固定；

参看图9，所述电涡流加热系统是在转轴套筒6c靠近材料架的一端外表面缠有涡流线圈6f，涡流线圈6f与电源、电磁控制器、继电器串联成一闭合的回路，电磁控制器将220V、50-60Hz的交流电整流成直流电，再将直流电转换成频率为20-40KHz的高频高压电，高频电流流过涡流线圈6f提供交变涡流磁场通过样品材料，使材料高速发热，从而产生形变；

所述温度显示与控制系统，是采用DS18B20数字温度传感器与STC12C5A60S2单片机作为控制核心，利用外部供电实现二者的连接；DS18B20数字温度传感器置于材料架5的温度传感测量区5b或温度传感测量区5b’，进行温度采集，将采集到的温度信号通过单片机转化为数字显示信号，当DS18B20数字温度传感器采集到的温度超过设定的温度上限时，单片机将控制继电器使涡流线圈所在电路断开,不再进行样品材料加热，当温度低于所设定的温度下限时，单片机将控制继电器使涡流线圈6f所在电路连接,进行样品材料加热。其中：

所述激光发射器为632.8nm He-Ne激光器、635nm半导体激光器、660nmNd³⁺:YAG全固态倍频激光器、671nm Nd³⁺:YVO₄全固态倍频激光器中的一种。

所述负凹凸透镜1和双凸透镜2为ZF1、ZF7、BaF7玻璃中的一种或其中两种。

所述材料架5与竖直挡板4a相互平行且均与水平挡板底架4b相互垂直。

根据被测物形状、大小的不同，选择的长方形+圆形材料架5a或正方形+圆形材料架5a’其中之一置于固定台4的挡板凹槽4c中。

所述DS18B20数字温度传感器，电流输出的灵敏度一般为1mA/K，测温量程在-55℃-150℃之间。

所述STC12C5A60S2单片机，工作电压为3.6V-2.2V，工作频率范围为0-35MHz。

所述分束器的S1面到材料架5的距离与S2面到反射镜的距离相等。

所述样品测试材料为铁Fe、铜Cu等导磁导电材料。

利用多功能智能型激光散斑干涉测量装置测量物体离面位移的方法，按下述步骤进行：

1）测量常温时不同压力下样品材料的离面位移

在室温条件下，调节并旋转测量转轴7的转轴旋钮7a，使半球形转轴头7c向前移动并通过转轴套筒6c一端的圆孔6e和另一端圆孔6d紧贴测试样品，此时转轴刻度7d为0。打开激光发射器发出0.6um波段范围的激光，经负凹凸透镜1、双凸透镜2、孔径光阑3后平行入射于分束器，分束器将其分成能量相等的两束激光，一束激光经分束器透射后又经反射镜反射沿原路返回分束器，经分束器反射后到达CCD成像系统，另一束激光经分束器反射后通过通光孔4d直接照射在样品材料表面上，被反射后经分束器透射与第一束激光一同到达CCD成像系统，两束激光通过干涉形成干涉条纹并在计算机显示系统上显示出来，此时两束激光光程差为零；

随旋转转轴旋钮7a至不同刻度时，通过半球形转轴头7c对样品材料施加压力的改变，样品材料表面对应会随之产生不同微小形变量，对应两束激光的光程差为样品材料表面微小形变量的二倍，即为物体的离面位移，并通过计算机显示系统显示样品材料的各离面位移量数值；

2）无施加压力时不同温度下样品材料的离面位移

将转轴旋钮7a旋转回刻度0，同时开启电涡流加热系统与温度显示与控制系统，设置温度上限为25°C，电磁控制器将220V、50-60Hz的交流电整流成直流电，再将直流电转换成频率为20-40KHz的高频高压电，高频电流流过涡流线圈6f并提供交变涡流磁场通过样品材料，样品材料内会产生无数的小涡流，使材料本身高速发热，从而产生形变。将DS18B20数字温度传感器的置于材料架5的温度传感测量区5b或温度传感测量区5b’进行温度采集，采集到的温度信号通过单片机转化为数字显示信号，当温度升高到25°C时，单片机将控制继电器使涡流线圈6f所在电路断开。热形变后，样品材料表面会产生微小形变量，产生离面位移，计算机显示系统上将显示样品材料的离面位移量；

3）压力一定、不同温度时，样品材料的离面位移

将转轴旋钮7a旋转至指定刻度,分别设置不同的温度上限，同时开启电涡流加热系统与温度显示与控制系统，重复上述2）中的实验步骤，通过计算机显示系统分别显示样品材料的离面位移量。

实施例1

本发明的实施例为0.6328um氦氖激光器照射1角金属硬币，在温度分别为20°C、35°C和45°C、压力刻度分别为0、5、10条件下测得的该金属的离面位移，分别用△L、△L＇和△L″表示。

光学准直系统中负凹凸透镜1和双凸透镜2的各凹凸面均镀有0.6328um增透膜，材料均为ZF7；

分束器与水平光路的正向夹角为45°，靠近光学准直系统的一面镀有0.6328um半透半反膜，靠近全反射镜的一面镀有0.6328um增透膜；

反射镜为平面镜，靠近光路的一面镀有0.6328um高反膜；

样品测试系统中固定台4由竖直挡板4a与水平挡板底架4b构成，其中竖直挡板4a上设有挡板凹槽4c和通光孔4d，以放置材料架5并使激光束通过该孔径垂直照射到1角金属硬币的表面，4处螺丝孔4e与定位螺丝杆8相匹配连接，水平挡板底架4b上设有燕尾槽4f以放置可以前后移动的固定挡板6，固定挡板6的底部为燕尾底座6g，与燕尾槽4f尺寸相匹配；

采用正方形+圆形材料架5a’，在样品放置孔M’N’O’P’Q’R’处放置1角金属硬币被测材料样品；

1角硬币为第五套人民币1角硬币，材质为铝合金，色泽铝白色，圆形，直径19毫米，厚度1.67mm，重量1.15g，背面为兰花图案。

定位螺丝8通过螺丝孔6b和螺丝孔4e将固定挡板6、固定台4串接并夹紧固定，定位螺丝8的螺纹间距8a为1.5mm；

1)测量常温时不同压力下样品材料的离面位移△L、△L＇和△L″

在室温条件下，调节并旋转测量转轴7的转轴旋钮7a，使半球形转轴头7c向前移动并通过转轴套筒6c的右圆孔6e和左圆孔6d紧贴1角硬币测试样品，此时转轴刻度7d为0。打开激光发射器01发出0.6328um的激光，经负凹凸透镜1、双凸透镜2、孔径光阑3后平行入射于分束器，分束器将其分成能量相等的两束激光，一束激光经分束器透射后又经反射镜反射沿原路返回分束器，经分束器反射后到达CCD成像系统，另一束激光经分束器反射后通过通光孔4d直接照射在1角硬币样品材料表面上，被反射后经分束器透射与第一束激光一同到达CCD成像系统，两束激光通过干涉形成干涉条纹并在计算机显示系统上显示出来，同时调节光路使此两束激光光程差为零，此时标记物体离面位移为零；

旋转转轴旋钮7a至刻度5，通过半球形转轴头7c对样品材料施加压力，1毛硬币材料表面会产生微小形变量△L，两束激光的光程差变为2△L，计算机显示系统上干涉亮条纹移动量，此时测得样品材料的离面位移量为△L=0.32um，旋转转轴旋钮7a至刻度1 0和15，分别重复上述步骤，测得样品材料的离面位移量为△L’=0.63um和△L”=0.95um。

2)无施加压力时不同温度下样品材料的离面位移△L1、△L2和△L3

将转轴旋钮7a旋转回刻度0，同时开启电涡流加热系统与温度显示与控制系统，设置温度上限为25°C，电磁控制器将220V、50-60Hz的交流电整流成直流电，再将直流电转换成频率为20-40KHz的高频高压电，高频电流流过涡流线圈6f并提供交变涡流磁场通过样品材料，样品材料内会产生无数的小涡流，使材料本身高速发热，从而产生形变。将DS18B20数字温度传感器的置于材料架5的温度传感测量区5b’进行温度采集，采集到的温度信号通过单片机转化为数字显示信号，当温度升高到25°C时，单片机将控制继电器使涡流线圈6f所在电路断开。热形变后，样品材料表面会产生微小形变量△L1，两束激光的光程差变为2△L1，通过计算机显示系统上干涉亮条纹移动量测得样品材料的离面位移量为△L1==0.048um，分别设置上限温度35°C和45°C，重复上述步骤，测得离面位移分别为△L2=0.072um，△L3=0.096um；

3)压力一定，在不同温度时，样品材料的离面位移△L＇1、△L＇2和△L＇3

旋转转轴旋钮7a至刻度5,同时开启电涡流加热系统与温度显示与控制系统，分别设置温度上限为20°C、25°C、30°C，重复上述2中的实验步骤，测得样品材料的离面位移量分别为△L＇1=0.32um、△L＇2=0.38um和△L＇3=0.41um。

Claims (10)

1.多功能智能型激光散斑干涉测量装置，包括激光发射器、分束器、反射镜，其特征在于：在由所述激光发射器、分束器和反射镜构成的水平光路上在激光发射器与分束器之间还设有光学准直系统；与所述水平光路垂直的光路上，面向所述分束器的S1面设置有样品测试系统，所述样品测试系统分别连接有电涡流加热系统和温度显示与控制系统；面向所述分束器的S2面，依次设置有CCD成像系统和计算机显示系统；其中：

所述光学准直系统中靠近激光发射器的水平光路上依次设置有负凹凸透镜（1），双凸透镜（2）和孔径光阑（3），所述负凹凸透镜（1）和双凸透镜（2）均镀有0.6um波段增透膜；

所述分束器与水平光路的正向夹角为45°，靠近光学准直系统的一面镀有0.6um波段半透半反膜，靠近全反射镜的一面镀有0.6um波段增透膜；

所述反射镜靠近光路的一面镀有0.6um波段高反膜；

所述样品测试系统主要有固定台（4）、材料架（5）及固定挡板（6），通过测量转轴（7）和定位螺杆（8）将上述各部分串接夹紧固定而成；

所述固定台（4）由竖直挡板（4a）与水平挡板底架（4b）构成，在所述竖直挡板（4a）上设有与材料架（5）配合的挡板凹槽（4c）和通光孔（4d）；在所述水平挡板底架（4b）上设有与固定挡板（6）配合的燕尾槽（4f）；

所述材料架（5）由带长方形+圆形材料架（5a）或由带正方形+圆形材料架（5a’）的透孔构成,其上设有温度传感测量区；

所述固定台（4）上挡板凹槽（4c）、通光孔（4d）与材料架（5）上的样品放置孔（MNOPQR）或样品放置孔（M’N’O’P’Q’R’）以及固定挡板（6）上的转轴套筒（6c）和测量转轴（7）位置相应；

所述固定挡板（6）的平面板（6a）上设有螺丝孔（6b）和转轴套筒（6c）,转轴套筒（6c）的一端面上设有圆形孔径（6d），另一端面上设有圆形孔径（6e），转轴套筒（6c）靠近材料架的一端外表面缠有涡流线圈（6f）；所述固定挡板（6）的底部为燕尾底座（6g），与所述燕尾槽（4f）尺寸相匹配；

所述测量转轴（7）由转轴旋钮（7a）、螺纹转子（7b）及半球形转轴头（7c）构成，所述转轴旋钮（7a）上带有转轴刻度（7d）；半球形转轴头（7c）与螺纹转子（7b）通过圆形孔径（6e）和圆形孔径（6d）在被测材料上施加应力；

所述定位螺丝（8）通过螺丝孔（6b）和螺丝孔（4e）将固定挡板（6）、固定台（4）串接并夹紧固定；

所述电涡流加热系统是在转轴套筒（6c）靠近材料架的一端外表面缠有涡流线圈（6f），涡流线圈（6f）与电源、电磁控制器、继电器串联成一闭合的回路，电磁控制器将220V、50-60Hz的交流电整流成直流电，再将直流电转换成频率为20-40KHz的高频高压电，高频电流流过涡流线圈（6f）提供交变涡流磁场通过样品材料，使材料高速发热，从而产生形变；

所述温度显示与控制系统，是采用DS18B20数字温度传感器与STC12C5A60S2单片机作为控制核心，利用外部供电实现二者的连接；DS18B20数字温度传感器置于材料架（5）的温度传感测量区（5b）或温度传感测量区（5b’），进行温度采集，将采集到的温度信号通过单片机转化为数字显示信号，当DS18B20数字温度传感器采集到的温度超过设定的温度上限时，单片机将控制继电器使涡流线圈所在电路断开,不再进行样品材料加热，当温度低于所设定的温度下限时，单片机将控制继电器使涡流线圈（6f）所在电路连接,进行样品材料加热。

2.根据权利要求1所述的多功能智能型激光散斑干涉测量装置，其特征在于：所述激光发射器为632.8nm He-Ne激光器、635nm半导体激光器、660nmNd³⁺:YAG全固态倍频激光器、671nm Nd³⁺:YVO₄全固态倍频激光器中的一种。

3.根据权利要求1所述的多功能智能型激光散斑干涉测量装置，其特征在于：所述负凹凸透镜（1）和双凸透镜（2）为ZF1、ZF7、BaF7玻璃中的一种或其中两种。

4.根据权利要求1所述的多功能智能型激光散斑干涉测量装置，其特征在于：所述材料架（5）与竖直挡板（4a）相互平行且均与水平挡板底架（4b）相互垂直。

5.根据权利要求1所述的多功能智能型激光散斑干涉测量装置，其特征在于：根据被测物形状、大小的不同，选择的长方形+圆形材料架（5a）或正方形+圆形材料架（5a’）其中之一置于固定台（4）的挡板凹槽（4c）中。

6.根据权利要求1所述的多功能智能型激光散斑干涉测量装置，其特征在于：所述DS18B20数字温度传感器，电流输出的灵敏度一般为1mA/K，测温量程在-55℃-150℃之间。

7.根据权利要求1所述的多功能智能型激光散斑干涉测量装置，其特征在于：所述STC12C5A60S2单片机，工作电压为3.6V-2.2V，工作频率范围为0-35MHz。

8.根据权利要求1所述的多功能智能型激光散斑干涉测量装置，其特征在于：所述分束器的S1面到材料架（5）的距离与S2面到反射镜的距离相等。

9.根据权利要求1所述的多功能智能型激光散斑干涉测量装置，其特征在于：所述样品测试材料为铁Fe、铜Cu等导磁导电材料。

10.利用多功能智能型激光散斑干涉测量装置测量物体离面位移的方法，按下述步骤进行：

1）测量常温时不同压力下样品材料的离面位移

在室温条件下，调节并旋转测量转轴（7）的转轴旋钮（7a），使半球形转轴头（7c）向前移动并通过转轴套筒（6c）一端的圆孔（6e）和另一端圆孔（6d）紧贴测试样品，此时转轴刻度（7d）为0。打开激光发射器发出0.6um波段范围的激光，经负凹凸透镜（1）、双凸透镜（2）、孔径光阑（3）后平行入射于分束器，分束器将其分成能量相等的两束激光，一束激光经分束器透射后又经反射镜反射沿原路返回分束器，经分束器反射后到达CCD成像系统，另一束激光经分束器反射后通过通光孔（4d）直接照射在样品材料表面上，被反射后经分束器透射与第一束激光一同到达CCD成像系统，两束激光通过干涉形成干涉条纹并在计算机显示系统上显示出来，此时两束激光光程差为零；

随旋转转轴旋钮（7a）至不同刻度时，通过半球形转轴头（7c）对样品材料施加压力的改变，样品材料表面对应会随之产生不同微小形变量，对应两束激光的光程差为样品材料表面微小形变量的二倍，即为物体的离面位移，并通过计算机显示系统显示样品材料的各离面位移量数值；

2）无施加压力时不同温度下样品材料的离面位移

将转轴旋钮（7a）旋转回刻度0，同时开启电涡流加热系统与温度显示与控制系统，设置温度上限为25°C，电磁控制器将220V、50-60Hz的交流电整流成直流电，再将直流电转换成频率为20-40KHz的高频高压电，高频电流流过涡流线圈（6f）并提供交变涡流磁场通过样品材料，样品材料内会产生无数的小涡流，使材料本身高速发热，从而产生形变。将DS18B20数字温度传感器的置于材料架（5）的温度传感测量区（5b）或温度传感测量区（5b’）进行温度采集，采集到的温度信号通过单片机转化为数字显示信号，当温度升高到25°C时，单片机将控制继电器使涡流线圈（6f）所在电路断开。热形变后，样品材料表面会产生微小形变量，产生离面位移，计算机显示系统上将显示样品材料的离面位移量；

3）压力一定、不同温度时，样品材料的离面位移

将转轴旋钮（7a）旋转至指定刻度,分别设置不同的温度上限，同时开启电涡流加热系统与温度显示与控制系统，重复上述2）中的实验步骤，通过计算机显示系统分别显示样品材料的离面位移量。

Images