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申请/专利权人：西北工业大学

摘要：本发明涉及一种液态金属振荡转变中频率及表面张力的探测装置及方法，包括定位激光器、静电悬浮装置、分束镜、光阑、光电探测器和处理器组成。通过质量和密度，推导出液态金属在某一温度下完全熔化为球时的直径和图像中像素对应的实际尺寸。以液态金属在振荡达到最大变形度时的图像，判断出此刻液态金属振荡阶数，据此光阑上探测间隙的参数；继而推导出其它两路光路的阶和阶光阑的探测间隙尺寸。通过多个光阑协同探测得到液态金属高阶振荡的频率，以及温度转变时的转变频率，计算得到待测液态金属在相应高阶振荡状态下的表面张力的热物理性质。该探测装置操作便捷，探测精度高，装置成本低，采集振荡信息全面，采集效率高。

主权项：1.一种液态金属振荡转变中频率及表面张力的探测装置，其特征在于包括定位激光器、静电悬浮装置、第一分束镜、第二分束镜、第一光阑、第三光阑、第二光阑、第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器以及第一处理器、第二处理器和第三处理器；沿光路设置为定位激光器和静电悬浮装置，然后为三个光路：其中第一光路依次为：第一分束镜、第二分束镜、第二光阑、第二光电探测器，第二光电探测器与第二处理器为电连接，第二光电探测器探测的信号输入第二处理器；第二光路依次为：第一光阑和第一光电探测器，第一光电探测器与第一处理器为电连接，第一光电探测器探测的信号输入第一处理器中，其中第一光阑位于第一分束镜的分光光路上；第三光路依次为：第三光阑和第三光电探测器，第三光电探测器与第三处理器为电连接，第三光电探测器探测的信号输入第三处理器中，其中第三光阑位于第二分束镜的分光光路上；所述三个光阑为不同的、+1和-1阶光阑；所述第二光阑上为阶光阑，第一光阑和第三光阑上分别为+1阶和-1阶光阑；所述光阑的探测间隙个数n等于液态金属当前振荡阶数，；所述三个光路的器件在同一水平线，并且同圆心；n条探测间隙以遮光板圆心向外延伸，相邻两条探测间隙之间的夹角为度；所述第二光阑上为阶光阑的探测间隙的参数包括阶光阑中的探测间隙个数n，第n条探测间隙的长度，第n条探测间隙的宽度，相邻两条探测间隙之间的夹角；参数设计步骤如下：步骤a1：摄取待测液态金属在设定温度下稳定悬浮时的一张图像，从图像中测量出待测液态金属的直径所占有的像素点个数，求得待测液态金属图像中每个像素点代表的实际尺寸，单位是厘米每像素点： 其中：为在T1温度时待测液态金属未发生振荡时的半径，计算公式如下： 其中：m为液态金属的质量，为在T1温度时液态金属的密度，质量单位克，密度的单位是克每立方厘米；步骤a2：对待测液态金属施加一个正弦振荡频率，调节频率使液态金属达到共振状态；所述正弦振荡频率信号的振幅为0.1至10Vpp之间；步骤a3：摄取共振状态下待测液态金属变形度最大的图像，以图像边缘轮廓上出现的凸起个数确定为待测液态金属当前的振荡阶数为；振荡阶数阶为光阑上探测间隙个数n，遮光板上探测间隙之间的夹角值满足如下公式： ；步骤a4：采用亚像素的边缘检测法确定振荡液态金属图像的轮廓坐标，再将振荡液态金属轮廓坐标转变为以原点0,0为中心的液态金属轮廓坐标X1，Y1；根据液态金属的轮廓坐标X1，Y1求解角度对应的液态金属的半径R，并构建曲线；上述半径R求解公式如下： 其中，变量为角度变量，单位弧度；R为液态金属的半径变量，单位像素点数；步骤a5：以曲线上获取第n峰值对应的R值为，计算第n个探测间隙的长度： 其中，；为探测间隙长度误差增量；上述值在0.05至0.1厘米之间；依据待测液态金属轮廓坐标建立的坐标系，在y轴负方向的振荡凸起位置对应R1，针对R1设计的探测间隙长度为d1，然后沿着原点逆时针方向，依次为R2、R3、R4、R5、R6，与其对应设计的探测间隙长度为d2、d3、d4、d5、d6；步骤a6：以曲线上获取对应的R值为，计算第n个探测间隙的宽度为： 其中：为探测间隙宽度误差增量，为值与之间差值的绝对值的最大值；所述在0.001至0.003厘米之间；针对R1设计的探测间隙宽度为h1，然后沿着原点逆时针方向，依次为R2、R3、R4、R5、R6，与其对应设计的探测间隙宽度为h2、h3、h4、h5、h6；所述；其中，为从曲线上获取峰值间的夹角个数；为从曲线上获取的第i个之间的夹角；依据待测液态金属轮廓坐标建立的坐标系，R1与R2之间的夹角为，R2与R3之间的夹角为，依次类推至。

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