数字激光散斑照相技术测金属的热胀系数
线胀系数是金属的基本热参量,是表征材料性质的重要特征,在工程设计、机械制造和材料加工等过程中具有重要作用。测量金属的线胀系数的传统方法是光杠杆法[1],这种方法需要调节望远镜,标尺组和光杠杆在同一高度的光轴上。光路较长,调节难度大,待测量多,实验误差较大。狭缝衍射法[2]利用光通过狭缝形成条纹,利用衍射条纹间距的变化计算出金属材料的伸长量从而得到材料的线胀系数。本文利用数字激光散斑照相技术测量了
金属铜的热膨胀系数,这一技术实现了计算机控制下的快速稳定的自动测量,实验操作简单,测量精度高,是一种稳定可靠的测量热膨胀系数的方法。
and the output signal vector in Eq.(1)can be approximately rewritten as
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1 实验原理
当激光照射物体的漫射表面(如纸张,未抛光的金属表面,混凝土表面等),或者通过一个透明的漫射体时,会在其表面以及附近空间产生无规则分布的亮暗斑纹,即激光散斑[3]。数字激光散斑照相技术测量金属热胀系数的实验原理如图1所示,激光笔发出的激光束照射在毛玻璃上,毛玻璃作为漫射体固定在金属杆上,通过毛玻璃散射后的激光散斑场图像被CCD照相机采集并输入计算机。在其他条件不变的前提下,使用控温式固体线胀系数测定仪加热金属杆,金属杆的受热伸长,带动毛玻璃移动,计算机控制CCD照相机按温度升高的趋势拍摄一系列随毛玻璃平移而变化的数字激光散斑图像。
图1 实验原理图
If=Af·Af*
α测℃-1
存储效率优先原则和结构稳定性原则之间存在冲突,需根据实际工况选择以何种货位分配原则为主导,设定符合要求的复合货位优先级。
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{}表示傅里叶变换。频谱强度为
选取这一系列图像中相邻的两张散斑图,其光强分布分别为I1(x1,y1),I2(x2,y2),计算机对两张图像进行相加运算后,作快速傅里叶变换[4]得到频谱
获得干涉条纹分布图像。将干涉条纹图像沿横向逐象素相加得到强度分布曲线,并对其进行中值滤波处理[5],相邻的峰值差即为两个条纹的间距d。若毛玻璃距离CCD芯片的距离为S,激光波长为λ,条纹宽度为d。根据公式
(1)
得到Δl
没过一会儿,只听到噼噼啪啪的一阵声响,嘎绒跑了出来,他双手捂着头,悻悻然离开了,嘴里狠狠地嘀咕着:又不是金屁股!又不是银屁股!
为金属的总伸长量。金属在初温度t1时的长度为L,当温度升高到t2时,温度的变化量
Δt=t2-t1
金属的线胀系数
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(2)
2 实验装置及实验结果
如图2所示的实验装置图,①激光笔,②恒温式固体线胀系数测定仪的温度显示盘,③被测金属棒④随被测金属棒移动的毛玻璃,⑤ CCD,⑥连接计算机。
图2 实验装置图
激光笔的波长λ=635 nm,CCD距毛玻璃S=3.30 cm,CCD的像素尺寸Δ=10.0 μm,金属L=49.70 cm,室温t1=19.5 ℃。图3、图4是温度分别为50.1 ℃和58.4 ℃的数字激光散斑图,将两张散斑图像的光强叠加,经傅里叶变换得到如图5的频谱图,将图5中干涉条纹光强沿着横向叠加后得到图6所示的等间距干涉条纹分布曲线。曲线上两个相邻的峰值差即为两个条纹的间距d,根据公式(1)计算出金属细丝相应的微小位移量Δl,依次用计算机选取相邻的激光散斑图像,重复上述处理过程,得到表1的实验数据。
图3 温度为50.1 ℃的数字激光散斑图
图4 温度为58.4 ℃的数字激光散斑图
图5 频谱图
图6 条纹强度分布曲线
表1 实验数据
图片序号温度t/℃相邻条纹间距d/mm伸长量Δl/mm总伸长量ΔL/mm119.5000226.80.1480.1450.145333.60.2390.0900.235442.30.2450.0880.323550.10.2790.0770.400658.40.2990.0720.472769.00.2380.0900.562877.30.3530.0610.623983.80.3920.0550.6781090.90.3550.0600.7381198.70.2950.0710.791
Δt为温度变化量,将表1中的Δt,ΔL数据进行线性拟合得到如图7所示的结果,图中“°”表示实验测量的数据,直线表示拟合的数据。拟合的直线斜率K=0.009 4
利用数字激光散斑照相技术对金属的热胀系数进行了测量。在计算机控制下的自动测量缩短了测量的时间同时实现了测量的自动化。CCD的像素是微米级别,在测量微小形变时精度较高,使得实验结果更准确使用CCD图像传感器测量金属的热膨胀系数,是热学与光学的实验原理、仪器的综合利用,提高了实验的创新性。
根据公式(2)得
α1=1.85×10-5℃-1
设K=αL,
A={I1+I2}
图7 Δt-ΔL关系图
热胀系数的公认值[6]
ΔL=αLΔt,
相对误差
测量得到金属铜的线胀系数α测=1.89×10-5℃-1,相对误差为2%;利用数字激光散斑照相技术测量金属的线胀系数的方法相对准确。
3 结束语
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参考文献:
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[1] 胡君辉,李丹,唐玉梅,等.光杠杆法测定金属线胀系数实验分析[J].大学物理实验,2010,23(1):30-32.
[2] 陈淑清.测量线胀系数的一种新方法[J].物理与工程,2002,12(4):27-29.
[3] 李晓英,郎晓萍.激光散斑位移测量方法研究[J].北京机械工业学院学报,2008,23(1):39-61.
本文提出了一种大坝变形分析中因子抽取和转换的方法。首先,基于3σ准则和归一法对因子进行降噪和去量纲处理;其次,基于指定的有效时间间隔进行各个因子的测次对齐;再次,基于变形效应量和因子的主成分的互信息最大原则,依次抽取因子的主成分向量;最后,按照主成分贡献率从大到小的规则对主成分向量排序,并按照98%的主成分贡献率总和标准抽取并组合得到最终的因子转换矩阵。通过算例验证表明,本方法提取后的因子空间对于后续大坝安全监测的成因分析和回归预测,提供了更为全面和精密的基础。
[4] 吕乃光.傅里叶光学[M].北京:机械工业出版社,2006:357-375.
[5] 贾永红.数字图像处理[M].武汉:武汉大学出版社,2015:77-79.
[6] 王青,戴剑锋,李给学.测定金属热膨胀系数的新方法研究[J].大学物理实验,2003(3):9-11.
[7] 白赫,李岩.基于迈克尔逊干涉原理测量金属热胀系数仪器的改进[J].大学物理实验,2016,119(4):23-24.