CN107655931B - 一种高精度筒体线膨胀系数测量装置及方法 - Google Patents

一种高精度筒体线膨胀系数测量装置及方法 Download PDF

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Abstract

一种高精度筒体线膨胀系数测量装置及方法，其装置包括连接分光棱镜组件(1)、石英管组件(2)、连接反射镜组件(3)、V型块组件(4)。连接分光棱镜组件(1)和连接反射镜组件(3)安装于待测筒体(5)上下法兰两端，石英管组件(2)安装于连接分光棱镜组件(1)和连接反射镜组件(3)的V型槽内，温度变化时，测量反射镜和参考反射镜的移动量之差代表了待测件与参考件的长度变化量之差，也即为干涉仪读数。本发明不仅可以用于测量复合材料筒体结构的线膨胀系数，还能作适应性更改用于测量复合材料杆件及桁架结构的线膨胀系数。本发明测量装置有设备需求少、使用简单方便、环境适应性强、效率高、精度高的特点。

Description

一种高精度筒体线膨胀系数测量装置及方法
技术领域
本发明涉及一种高精度筒体线膨胀系数测量方法，特别是一种可用于空间相机复合材料筒体的线膨胀系数测试的简易装置及方法。
背景技术
航天高分辨率相机多采用筒体作为支撑结构，温度引起的各光学零件之间的间隔变化将由筒体的线膨胀系数决定，因此，用于航天高分辨率相机的筒体都具有温度线膨胀系数小的特点。碳碳化硅(C/SiC)材料是近几年发展起来的新型复合材料，具有较好的热稳定性，较高比刚度同时重量轻等特点，成为了空间高分辨率相机的首选材料。但碳碳化硅(C/SiC)筒体采用了碳纤维三维编织碳化硅增强成型，其线膨胀系数与纤维线膨胀系数相差很大，且筒体在三个方向的线膨胀系数均不同。要确保筒体线膨胀系数作为关键性能指标满足使用要求，要对其在使用范围内的线膨胀系数进行准确地测量，而测量的关键又在于测量其因温度变化而引起的长度的微小变化量，传统的测量方法存在测量准确度低、装置庞大等缺陷。
发明内容
本发明的技术解决问题是：结合干涉测长原理，利用对比测量法，设计了对称的测量光路，消除其他因素对测试的影响，保证测试精度，提供一种操作简便、通用准确的测量结构的线膨胀系数的方法。
本发明技术解决问题通过以下技术方案予以实现：一种高精度筒体线膨胀系数测量装置，包括连接分光棱镜组件(1)、石英管组件(2)、连接反射镜组件(3)、V型块组件(4)，
待测筒体(5)的两端设有上法兰和下法兰，
各部位的位置及连接关系：连接分光棱镜组件(1)和连接反射镜组件(3)安装于待测筒体(5)上下法兰两端，安装在待测筒体(5)上后，连接分光棱镜组件(1)和连接反射镜组件(3)相对的两个面上设有V型槽，
石英管组件(2)的两端分别安装于连接分光棱镜组件(1)和连接反射镜组件(3)中的V型槽内；
待测筒体(5)安装于V型块组件(4)上，调节V型块组件(4)使筒体(5)的中心轴线相对于地平面水平，调整连接分光棱镜组件(1)、石英管组件(2)和连接反射镜组件(3)相对位置关系使放置在连接分光棱镜组件(1)另一侧干涉仪接收到从连接分光棱镜组件(1)入射经过连接反射镜组件(3)反射后进入干涉仪的信号强度最大；
该装置需要在控温条件下，由干涉仪记录待测筒体(5)不同温度下的长度变化量，根据不同温度下的长度变化量，最终计算出待测筒体(5)的线膨胀系数。
所述的连接分光棱镜组件(1)包括分光棱镜组件(11)、分光棱镜连接件A(12)和分光棱镜连接件B(13)；
分光棱镜组件(11)和分光棱镜连接件A(12)均与分光棱镜连接件B(13)连接，分光棱镜连接件B(13)与待测筒体(5)一端法兰连接，分光棱镜连接件A(12)上开有V形槽；
如图4所示，分光棱镜组件(11)包括偏振分光组件(111)、分光棱镜镜室(112)、分光棱镜左盖(113)和分光棱镜右盖(114)；
偏振分光组件(111)安装于分光棱镜镜室(112)内，分光棱镜左盖(113)和分光棱镜右盖(114)一起盖住偏振分光组件(111)，起保护作用；
偏振分光组件(111)，包括四块棱镜，从上到下依次为反射镜1、分光镜1、分光镜2、反射镜2，分光镜1和分光镜2组合成一个正方形，分光镜1和分光镜2的交界处为分光镜1和分光镜2的胶合面；
激光光束从分光镜1入射，一部分光由分光镜1和分光镜2的胶合面透射至连接反射镜组件(3)，经过连接反射镜组件(3)反射后，入射到分光镜2，经过分光镜1和分光镜2的胶合面反射至反射镜2，经过反射镜2反射再由分光镜1和分光镜2透射到反射镜1，经过反射镜1反射到连接反射镜组件(3)，经过连接反射镜组件(3)反射后进入反射镜1，经过反射镜1反射，进入分光镜1，经过分光镜1和分光镜2的胶合面反射，从分光镜1出射，分光镜1的出射光和入射光平行。
所述的石英管组件(2)包括石英管(21)、石英管固定连接件(22)和配重(23)；
石英管固定连接件(22)安装于石英管(21)内的一端，配重(23)通过连接线与石英管固定连接件(22)连接；
石英管(21)的两端分别***分光棱镜组件(1)和连接反射镜组件(3)的V型槽内，配重(23)的连接线穿过分光棱镜组件(1)的V型槽，自由悬垂在待测筒体旁；
通过配重(23)的自重，使石英管(21)端面与分光棱镜连接件A(12)紧密贴合，防止石英管组件(2)和连接反射镜组件(3)调整完成后石英管(21)发生转动。
所述的连接反射镜组件(3)，包括：反射镜连接件A(31)、石英管连接件(32)、反射镜连接件B(33)和反射镜组件(34)；连接反射镜组件(3)通过反射镜连接件A(31)与筒体(5)另一法兰端面连接；
反射镜组件(34)，包括：参考反射镜组件(341)、测量反射镜组件(342)和反射镜连接板(343)；反射镜连接板(343)是可拆除的，反射镜连接板(343)拆除前，参考反射镜组件(341)和测量反射镜组件(342)通过反射镜连接板(343)相连；测量反射镜组件(342)通过反射镜连接件B(33)与反射镜连接件A(31)相连，拆除反射镜连接板(343)后，参考反射镜组件(341)通过石英管连接件(32)与石英管(21)相连；
如图7所示，参考反射镜组件(341)包括参考反射镜(3411)、参考反射镜镜盖(3412)和参考反射镜镜室(3413)；
测量反射镜组件(342)包括测量反射镜(3421)、测量反射镜镜盖(3422)和测量反射镜镜室(3423)；
如图8和图9所示，参考反射镜(3411)安装于参考反射镜镜室(3413)内，测量反射镜(3421)安装于测量反射镜镜室(3423)内，参考反射镜镜盖(3412)盖住参考反射镜(3411)，测量反射镜镜盖(3422)盖住测量反射镜(3421)，起保护作用；
反射镜连接件A(31)上开有V形槽，能够接插石英管(21)；
所述的V型块组件(4)包括底座(41)和挡板(42)，挡板(42)安装在底座(41)上，如图10所示。
V型块组件(4)共有四个，两个一组，分别托住待测筒体(5)的两侧的法兰，筒壁不与V型块组件(4)接触；底座(41)起支撑法兰的作用，挡板(42)起卡住法兰的限位作用；
调节托住待测筒体(5)两侧法兰的V型块组件(4)的距离，使筒体水平。
所述的连接分光棱镜组件(1)和连接反射镜组件(3)中的金属结构件，均为材料4J32。
一种高精度筒体线膨胀系数测量方法，步骤如下：
(1)标定测量石英管(21)的线膨胀系数；
(2)调节V型块组件(4)使筒体(5)水平，调整连接分光棱镜组件(1)、石英管组件(2)和连接反射镜组件(3)相对位置关系，使从连接分光棱镜组件(1)入射经过连接反射镜组件(3)反射后进入干涉仪的信号强度最大；
(3)对测量装置及待测筒体(5)进行控温，记录不同温度时刻干涉仪读数。
(4)根据干涉仪读数ΔL，计算出待测筒体(5)的线膨胀系数λm，步骤如下：
通过公式(1)计算出不同温度时刻的石英管(21)长度变化量ΔLc
ΔLc＝λc·Lc·ΔT (1)
通过公式(2)计算出测量反射镜位移变化量ΔLm，
ΔLm＝ΔL+ΔLc (2)
最后根据公式(3)和公式(4)计算出待测筒体(5)的线膨胀系数λm。
ΔLm＝λm·Lm·ΔT (3)
Figure GDA0002329151510000051
其中：ΔL为干涉仪读数，即测量反射镜位移变化量减去参考反射镜位移变化量；ΔLm为测量反射镜位移变化量，试验中等于待测筒体(5)随温度的长度变化量；ΔLc为参考反射镜位移变化量，试验中等于石英管(21)随温度的长度变化量；λm为待测筒体(5)线胀系数，Lm为待测筒体(5)长度，ΔT表示温度变化量，λc为石英管(21)线膨胀系数，试验前经过标定，Lc为石英管(21)参与光路的长度即连接分光棱镜组件(1)和连接反射镜组件(3)之间的长度，根据装置搭建结果现场测量。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本方法采用激光干涉法测量长度变化，相比传统的测量方法如杠杆放大法、千分表法等具有精度高特点；
(2)本法利用激光干涉测长原理，设计了包括连接分光棱镜组件和连接反射镜组件构成的热平衡干涉***，使外界因素对参考光路和测量光路的影响相等，消除环境变化对测量结果的影响，保证了测试结果的准确性。
(3)本方法测试利用对比测量，原理清楚、简单易实施，干涉仪读数变化量只与对比的两者长度变化相关，能大幅缩短测试时间。
(4)本方法所需测试工装及设备较少，只需对连接分光棱镜组件和连接反射镜组件对外安装接口进行适应性更改，可应用于不同形状的复材结构件，较大的减少了测试成本；
(5)本方法装置搭建多为常规螺钉连接方式及光路调试过程中无精密调整，简单易行；
附图说明
图1为本装置干涉测长原理图；
图2为测试装置图；
图3为连接分光棱镜组件图；
图4为分光棱镜组件图；
图5为石英管组件图；
图6为连接反射镜组件图；
图7为反射镜组件图；
图8为内反射镜组件图；
图9为外反射镜组件图；
图10为V型块组件图；
具体实施方式
本发明的基本思路为：一种高精度筒体线膨胀系数测量装置及方法，其装置包括连接分光棱镜组件(1)、石英管组件(2)、连接反射镜组件(3)、V型块组件(4)。连接分光棱镜组件(1)和连接反射镜组件(3)安装于待测筒体(5)上下法兰两端，石英管组件(2)安装于连接分光棱镜组件(1)和连接反射镜组件(3)的V型槽内且一端与连接分光棱镜组件(1)贴合，整个组件安装于V型块组件(4)上并放置于温控箱内。测量前石英管的线膨胀系数事先经过标定，作为测量时线膨胀系数已知的参考件，测量时借助干涉仪搭建及调整该装置，改变整个组件温度，干涉仪记录不同温度时刻的读数，最后计算出测量结果。本装置及方法根据激光干涉测长原理，设计了比对测量的装置，最大限度消除环境对测试结果的影响，并通过分光镜组件和反射镜组件中的参考反射镜和测量反射镜来实现，温度变化时，测量反射镜和参考反射镜的移动量之差代表了待测件与参考件的长度变化量之差，也即为干涉仪读数。本发明不仅可以用于测量复合材料筒体结构的线膨胀系数，还能作适应性更改用于测量复合材料杆件及桁架结构的线膨胀系数。本发明测量装置有设备需求少、使用简单方便、环境适应性强、效率高、精度高的特点。
本发明一种高精度筒体线膨胀系数测量装置如图2所示：包括连接分光棱镜组件、石英管组件、连接反射镜组件、V型块组件。各部位的位置及连接关系：连接分光棱镜组件和连接反射镜组件安装于待测筒体上下法兰两端，石英管组件安装于连接分光棱镜组件和连接反射镜组件中的V型槽内且一端与连接分光棱镜组件贴合，整个组件安装于V型块组件上，确保温度变化时，待测筒体和石英管能自由膨胀。
如图1所示，连接分光棱镜组件包括分光棱镜组件、分光棱镜连接件A和分光棱镜连接件B；干涉仪发出的光经过分光棱镜后分为反射光和透射光，两种光经过反射镜组件中的参考反射镜和测量反射镜反射后，再次经过分光棱镜，最后回到激光干涉仪，形成干涉。测量反射镜组件(342)通过反射镜连接件B(33)与反射镜连接件A(31)相连，参考反射镜组件(341)通过石英管连接件(32)与石英管(21)相连；两者通过反射镜连接板进行初始位置定位，如图3所示。
测试时拆掉反射镜连接板，改变装置温度，使参考反射镜和测量反射镜能随着石英管和筒体的自由膨胀而产生位移，干涉仪记录了两者位移变化量的差值即为干涉仪读数，根据测试数据即可计算出测量结果。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。一种高精度筒体线膨胀系数测量装置包括：连接分光棱镜组件(1)、石英管组件(2)、连接反射镜组件(3)、V型块组件(4)，连接分光棱镜组件(1)和连接反射镜组件(3)安装于待测筒体(5)上下法兰两端，石英管组件(2)安装于连接分光棱镜组件(1)和连接反射镜组件(3)中的V型槽内且一端与连接分光棱镜组件(1)贴合，整个测试组件安装于V型块组件(4)。
调节筒体(5)上下法兰两端的V型块组件(4)，使筒体(5)前后高度一致，过程中可用水平气泡监测，调整后固定V型块组件(4)，在筒体(5)上下法兰端面安装连接分光棱镜组件(1)和连接反射镜组件(3)，分光棱镜连接件A(12)和反射镜连接件A(31)上与上下法兰上安装孔对应，调整筒体(5)滚转，使连接分光棱镜组件(1)和连接反射镜组件(3)位于筒体(5)正上方，过程中可用水平气泡监测，调整完成后固定分光棱镜连接件A(12)和反射镜连接件A(31)，如图6所示。
安装石英管组件(2)，使石英管(21)位于分光棱镜连接件A(12)和反射镜连接件A(31)的V型槽内，石英管(21)的长度根据物体待测长度确定，一般比物体长10～30cm，直径根据分光棱镜连接件A(12)和反射镜连接件A(31)的V型槽的大小相匹配。一端通过配重(23)使石英管组件(2)和分光棱镜连接件A(12)贴合，配重(23)不宜过轻，重量为石英管(21)的2～5倍，如图5所示，配重(23)通过线与石英管固定连接件(22)相连，而石英管固定连接件(22)事先通过胶结安装于石英管(21)一端且与石英管(21)端面对齐，另一端与参考反射镜组件(341)相连的石英管连接件(32)相连，石英管连接件(32)为一圆箍结构，可与石英管(21)箍紧，同时上面有反射镜连接件B(33)的接口，调整石英管连接件(32)的旋转，使参考反射镜组件(341)的反射镜连接件B(33)和石英管连接件(32)的孔同轴，调整后固定石英管连接件(32)。
拆除反射镜连接板(343)，使参考反射镜组件(341)和测量反射镜组件(342)独立。测量反射镜组件(342)通过反射镜连接件B(33)固定于反射镜连接件A(31)上，参考反射镜组件(341)通过反射镜连接件B(33)和石英管连接件(32)固定于石英管(21)上。参考反射镜组件(341)和测量反射镜组件(342)均为带有可旋转把手的结构，组件的旋转和平移可通过把手的旋转和沿把手轴线的移动来实现。
利用干涉仪辅助调整参考反射镜组件(341)和测量反射镜组件(342)，使干涉仪接收到信号强度最大。具体为：通过调整与测量反射镜组件(342)相连的反射镜连接件B(33)的上下移动及绕自身轴的旋转，调整测量反射镜组件(342)的高度和扭摆，通过调节测量反射镜镜室(3423)把手的旋转，调节测量反射镜组件(342)的俯仰；通过调整与参考反射镜组件(341)相连的反射镜连接件B(33)的上下移动及绕自身轴的旋转，调整参考反射镜组件(341)的高度和扭摆，通过调节参考反射镜镜室(3413)把手的旋转，调节参考反射镜组件(341)的俯仰，调整完成后固定参考反射镜组件(341)和测量反射镜组件(342)。
组件调整完毕后，使用木槌对其进行三个方向轻微敲击，目的去除装配应力，避免测试过程中由于温度变化而导致应力释放影响测量结果准确性。完成后根据干涉仪信号强度，可微调测量反射镜组件(342)和参考反射镜组件(341)。用米尺现场测量石英管(21)参与光路的长度即石英管(21)位于分光棱镜连接件A(12)一端到参考反射镜镜室(3413)把手的距离Lc，测量筒体(5)上下法兰两端的距离LM，可多次测量取平均值，消除初始误差影响。
对整个测试组件进行控温，记录不同温度时刻的干涉仪读数。读数即平衡时刻确保筒体(5)轴向及周向的温差不大于0.5℃，且在半小时内的温度变化不大于0.5℃，环境无气流，可在待测筒体(5)周向及轴向和石英管(21)轴向分布温度测点，用于判断装置温度是否达到平衡。测试时一般取室温20℃为中间零位温度，在此温度下对干涉仪进行清零，测试温度范围20±10℃，读数时温度间隔为2℃～5℃。为确保测试结果准确性，每个温度时刻至少测量两遍，每个温度时刻为多次测量取平均值。可根据测试结果计算任意温度区间内待测筒体(5)的线膨胀系数。
筒体(5)的长度变化导致测量反射镜组件(342)的前后移动，而石英管(21)的长度变化导致参考反射镜组件(341)的前后移动，石英管(21)线膨胀系数经过标定为已知量，根据测量装置及对称的测量光路特性，测量反射镜组件(342)前后的移动量减去参考反射镜组件(341)的前后移动量则是干涉仪的读数，即测量光路光程差减去参考光路光程差的变化量。由测试原理可以得出，当待测筒体(5)与石英管(21)的线胀系数基本接近时，温度变化过程中干涉仪读数基本接近零。待测筒体(5)比石英管(21)的线胀系数大时，温度相对零位来说，升高则干涉仪读数为正，降低则干涉仪读数为负。待测筒体(5)比石英管(21)的线胀系数小时，温度相对零位来说，升高则干涉仪读数为负，降低则干涉仪读数为正。实际测试过程中也印证了此原理。
根据测试过程干涉仪读数，通过计算可得筒体(5)任意温度区间内的线膨胀系数测量结果为：
通过公式(1)计算出不同温度时刻的石英管(21)长度变化量ΔLc
ΔLc＝λc·Lc·ΔT (1)
通过公式(2)计算出测量反射镜位移变化量ΔLm，
ΔLm＝ΔL+ΔLc (2)
最后根据公式(3)和公式(4)计算出待测筒体(5)的线膨胀系数λm。
ΔLm＝λm·Lm·ΔT (3)
Figure GDA0002329151510000101
其中：ΔL为干涉仪读数，即测量光路光程变化量减去参考光路光程变化量；ΔLm为测量光路光程变化，试验中等于待测筒体(5)随温度的长度变化量；ΔLc为参考光路光程变化，试验中等于石英管(21)随温度的长度变化量；λm为待测筒体(5)线胀系数，Lm为待测筒体(5)长度，λc为石英管(21)线胀系数，试验前经过标定，Lc为石英管(21)参与光路的长度，根据装置搭建结果现场测量。通过公式(3)计算出不同温度时刻的石英管(21)长度变化量ΔLc，通过公式(1)计算出测量光路长度变化量ΔLm，最后根据式(4)即可计算出待测筒体(5)的线膨胀系数λm。
本发明方法已成功应用于某型号碳纤维复合材料镜筒的温度线膨胀系数测试，精度较高，优于0.1μm，基本取决于所用激光干涉仪的稳频精度，与传统的μm级精度的接触测量方法相比，精度提高达到10倍以上。同时用该方法复测了另一线膨胀系数已知的石英管，所得结果与标定值基本相等，误差小于5％，说明了测量方法的准确性。
本发明所用干涉装置，仅由分光组件，反射镜组件和标准管组成，各个部件体积重量均较小，易于搭建调整。与传统的测长装置如千分尺、标准量杆、轮廓仪及坐标仪等相比，更具轻小型化，对场地空间适应性更强。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种高精度筒体线膨胀系数测量装置，其特征在于包括连接分光棱镜组件(1)、石英管组件(2)、连接反射镜组件(3)、V型块组件(4)；
待测筒体(5)的两端设有上法兰和下法兰；
连接分光棱镜组件(1)和连接反射镜组件(3)安装于待测筒体(5)上下法兰两端，安装在待测筒体(5)上后，连接分光棱镜组件(1)和连接反射镜组件(3)相对的两个面上设有V型槽；
石英管组件(2)的两端分别安装于连接分光棱镜组件(1)和连接反射镜组件(3)中的V型槽内；
待测筒体(5)安装于V型块组件(4)上，调节V型块组件(4)使筒体(5)的中心轴线相对于地平面水平，调整连接分光棱镜组件(1)、石英管组件(2)和连接反射镜组件(3)相对位置关系使放置在连接分光棱镜组件(1)另一侧干涉仪接收到从连接分光棱镜组件(1)入射经过连接反射镜组件(3)反射后进入干涉仪的信号强度最大；
该装置需要在控温条件下，由干涉仪记录待测筒体(5)不同温度下的长度变化量，根据不同温度下的长度变化量，最终计算出待测筒体(5)的线膨胀系数。
2.根据权利要求1所述的一种高精度筒体线膨胀系数测量装置，其特征在于：所述的连接分光棱镜组件(1)包括分光棱镜组件(11)、分光棱镜连接件A(12)和分光棱镜连接件B(13)；
分光棱镜组件(11)和分光棱镜连接件A(12)均与分光棱镜连接件B(13)连接，分光棱镜连接件B(13)与待测筒体(5)一端法兰连接，分光棱镜连接件A(12)上开有V形槽；
分光棱镜组件(11)包括偏振分光组件(111)、分光棱镜镜室(112)、分光棱镜左盖(113)和分光棱镜右盖(114)；
偏振分光组件(111)安装于分光棱镜镜室(112)内，分光棱镜左盖(113)和分光棱镜右盖(114)一起盖住偏振分光组件(111)，起保护作用；
偏振分光组件(111)，包括四块棱镜，从上到下依次为反射镜1、分光镜1、分光镜2、反射镜2，分光镜1和分光镜2组合成一个正方形，分光镜1和分光镜2的交界处为分光镜1和分光镜2的胶合面；
激光光束从分光镜1入射，一部分光由分光镜1和分光镜2的胶合面透射至连接反射镜组件(3)，经过连接反射镜组件(3)反射后，入射到分光镜2，经过分光镜1和分光镜2的胶合面反射至反射镜2，经过反射镜2反射再由分光镜1和分光镜2透射到反射镜1，经过反射镜1反射到连接反射镜组件(3)，经过连接反射镜组件(3)反射后进入反射镜1，经过反射镜1反射，进入分光镜1，经过分光镜1和分光镜2的胶合面反射，从分光镜1出射，分光镜1的出射光和入射光平行。
3.根据权利要求2所述的一种高精度筒体线膨胀系数测量装置，其特征在于：所述的石英管组件(2)包括石英管(21)、石英管固定连接件(22)和配重(23)；
石英管固定连接件(22)安装于石英管(21)内的一端，配重(23)通过连接线与石英管固定连接件(22)连接；
石英管(21)的两端分别***分光棱镜组件(1)和连接反射镜组件(3)的V型槽内，配重(23)的连接线穿过分光棱镜组件(1)的V型槽，自由悬垂在待测筒体旁；
通过配重(23)的自重，使石英管(21)端面与分光棱镜连接件A(12)紧密贴合，防止石英管组件(2)和连接反射镜组件(3)调整完成后石英管(21)发生转动。
4.根据权利要求3所述的一种高精度筒体线膨胀系数测量装置，其特征在于：所述的连接反射镜组件(3)，包括：反射镜连接件A(31)、石英管连接件(32)、反射镜连接件B(33)和反射镜组件(34)；连接反射镜组件(3)通过反射镜连接件A(31)与待测筒体(5)另一法兰端面连接；
反射镜组件(34)，包括：参考反射镜组件(341)、测量反射镜组件(342)和反射镜连接板(343)；反射镜连接板(343)是可拆除的，反射镜连接板(343)拆除前，参考反射镜组件(341)和测量反射镜组件(342)通过反射镜连接板(343)相连；测量反射镜组件(342)通过反射镜连接件B(33)与反射镜连接件A(31)相连，拆除反射镜连接板(343)后，参考反射镜组件(341)通过石英管连接件(32)与石英管(21)相连；
参考反射镜组件(341)包括参考反射镜(3411)、参考反射镜镜盖(3412)和参考反射镜镜室(3413)；
测量反射镜组件(342)包括测量反射镜(3421)、测量反射镜镜盖(3422)和测量反射镜镜室(3423)；
参考反射镜(3411)安装于参考反射镜镜室(3413)内，测量反射镜(3421)安装于测量反射镜镜室(3423)内，参考反射镜镜盖(3412)盖住参考反射镜(3411)，测量反射镜镜盖(3422)盖住测量反射镜(3421)，起保护作用；
反射镜连接件A(31)上开有V形槽，能够接插石英管(21)。
5.根据权利要求1所述的一种高精度筒体线膨胀系数测量装置，其特征在于：所述的V型块组件(4)包括底座(41)和挡板(42)，挡板(42)安装在底座(41)上，
V型块组件(4)共有四个，两个一组，分别托住待测筒体(5)的两侧的法兰，筒壁不与V型块组件(4)接触；底座(41)起支撑法兰的作用，挡板(42)起卡住法兰的限位作用；
调节托住待测筒体(5)两侧法兰的V型块组件(4)的距离，使筒体水平。
6.根据权利要求1所述的一种高精度筒体线膨胀系数测量装置，其特征在于：所述的连接分光棱镜组件(1)和连接反射镜组件(3)中的金属结构件，均为材料4J32。
7.根据权利要求3～6之一所述的一种高精度筒体线膨胀系数测量装置的测量方法，其特征在于使用步骤如下：
(1)标定测量石英管(21)的线膨胀系数；
(2)调节V型块组件(4)使筒体(5)水平，调整连接分光棱镜组件(1)、石英管组件(2)和连接反射镜组件(3)相对位置关系，使从连接分光棱镜组件(1)入射经过连接反射镜组件(3)反射后进入干涉仪的信号强度最大；
(3)对测量装置及待测筒体(5)进行控温，记录不同温度时刻干涉仪读数；
(4)根据干涉仪读数ΔL，计算出待测筒体(5)的线膨胀系数λm，步骤如下：
通过公式(1)计算出不同温度时刻的石英管(21)长度变化量ΔLc
ΔLc＝λc·Lc·ΔT (1)
通过公式(2)计算出测量反射镜位移变化量ΔLm，
ΔLm＝ΔL+ΔLc (2)
最后根据公式(3)和公式(4)计算出待测筒体(5)的线膨胀系数λm；
ΔLm＝λm·Lm·ΔT (3)
Figure FDA0002401427930000041
其中：ΔL为干涉仪读数，即测量反射镜位移变化量减去参考反射镜位移变化量；ΔLm为测量反射镜位移变化量，试验中等于待测筒体(5)随温度的长度变化量；ΔLc为参考反射镜位移变化量，试验中等于石英管(21)随温度的长度变化量；λm为待测筒体(5)线胀系数，Lm为待测筒体(5)长度，ΔT表示温度变化量，λc为石英管(21)线膨胀系数，试验前经过标定，Lc为石英管(21)参与光路的长度即连接分光棱镜组件(1)和连接反射镜组件(3)之间的长度，根据装置搭建结果现场测量。
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