激光干涉法热膨胀测试系统

一、简介

依阳公司在国内推出了温度范围和精度的激光干涉法热膨胀性能测试系统。这套测试系统采用了目前国际上温漂的双频外差式激光干涉仪，解决了以往必须具备苛刻隔振条件下才能进行超低热膨胀性能测试难题，而且测试温度范围覆盖了-20℃~1400℃的中温范围，*可以满足目前绝大多数低膨胀材料热膨胀性能的高精度测量。 依阳公司出品的激光干涉法热膨胀测试系统所采用的双频外差式激光干涉法是以激光波长为基准的长度测量设备，激光干涉法热膨胀性能的测量就成为一种测量方法，在消除了振动、温漂、气体折射率、温度梯度和倾斜变形等一系列影响因素后，此测试系统可用于其他所有热膨胀性能测试方法和测试设备的校准。

二、技术指标

（1）量程：2mm

（2）分辨率：±0.5nm

（3）位移测量精度：±5 nm

（4）位移测量重复性：±3nm

（5）测量温度范围：-40℃~200℃（依据所采用的油浴温度范围）；200℃~1400℃（石墨发热体通电加热）

（6）试样形状：板状、棒状、块状

（7）试样尺寸：截面积尺寸；厚度5mm~100mm。

（8）试验气氛：100Pa以下压强气体（空气或惰性气体）

（9）测试方法：ASTM E289。

三、特点

1. 依阳公司出品的激光干涉法热膨胀测试系统采用了双频激光外差式干涉技术。采用这种干涉技术是因为它提供了比其他激光干涉法更高的信噪比，而且外差式干涉技术对环境幅度变化并不十分敏感，即使光强衰减90%，仍然可以得到有效的干涉信号，可以达到更好的分辨率和测量精度。从固有的测量精度上来考虑，双频或双光束干涉法要低于多光束干涉法，但双频所具有的优势就是可以明显降低测试中对试样的要求。因此，采用外差式技术，被测材料试样的加工要求相对较低、热膨胀范围和尺寸可以很宽泛，测试步骤简单而快捷，数据处理过程简单。

2. 激光干涉仪的温度漂移是影响干涉仪测量精度的重要参数，依阳公司出品的激光干涉法热膨胀仪采用了具有2nm/℃的高稳定性外差式激光干涉仪，同时采用了恒温精度为±0.05℃的恒温水浴使得激光干涉仪处于一个恒温状态，有效的保证了膨胀仪的测量精度。

3. 为了适用于各种材料的热膨胀性能测试，被测试样和加热装置放置在可抽气的真空箱内，并使得真空箱内处于真空状态，以避免箱内气体折射率随温度变化的波动对激光束产生影响，但如果真空度过高则会大大提高加热试样和试样温度均匀化的时间。因此，依阳公司出品的激光干涉热膨胀测试系统配备了相应的真空度控制装置，使得真空箱内的真空度始终保持在100Pa左右，这样既能消除气体折射率的影响，又能保持真空箱内气体的传热效率不会降低。

4. 尽管双频激光干涉对干涉光束的轻微偏移不敏感，但为了防止由于试样和试样架上温度梯度和膨胀系数不匹配产生严重倾斜从而出现光学失准现象，依阳公司出品的激光干涉法热膨胀测试系统中配置了倾斜调整机构，可以帮助操作者完成干涉仪的精密对准。

5. 为了在尽可能宽泛的温度范围内高精度的测量材料的热膨胀性能，依阳公司出品的热膨胀测试系统针对不同的温度范围采用了不同的加热方式。在200℃以下采用的是循环油浴控温方式，在200℃以上则采用了石墨发热体通电加热方式。更低的温度范围可以选择不同的循环油浴或液氮控温实现，高温可以选择达到1600℃以上的加热方式。

6. 依阳公司出品的激光干涉法热膨胀性能测试系统采用了试样直立式结构，可以测量各种刚性和弹性体材料的热膨胀性能随温度的变化，试样厚度最小可以达到1mm。

四、技术资料

（1）GB 10562-1989 金属材料超低膨胀系数测量方法 光干涉法

（2）ASTM E289 Standard Test Method for Linear Thermal Expansion of Rigid Solids with Interferometry

（3）激光干涉热膨胀仪样本

（4）航天器尺寸高稳定性复合材料桁架结构——第1部分：热变形测试技术国内现状分析

（5）航天器尺寸高稳定性复合材料桁架结构——第2部分 热变形测试方案和可行性试验研究