随着材料科学技术的飞速发展，人们对材料的要求也越来越高，对材料的了解也越来越深入。其中，“热胀冷缩”的现象是绝大多数物体的共性，我们可以用线膨胀系数这一物理量来对其进行描述。线膨胀系数是物质的基本物理参数之一。在相同条件下，不同材料的固体，其线膨胀的程度各不相同，而同一材料在不同温度下的膨胀量也是有差异的。在外压强不变的情况下，大多数物质在温度升高时，其体积增大，温度降低时体积缩小。也有少数物质在一定的温度范围内，温度升高时，其体积反而减小。在相同条件下，固体的膨胀比气体和液体小得多，直接测定固体的体积膨胀比较困难。但根据固体在温度升高时形状不变可以推知，一般而言，固体在各方向上膨胀规律相同。因此可以用固体在一个方向上的线膨胀规律来表征它的体膨胀。 对于固体热膨胀系数的测量，现在存在着多种方法。其基本测量原理都是大致相同的，无非是对一定长度的固体在一定温度变化下对其长度变化量的测量。但是各种仪器的测量手段却大相径庭，测量结果的准确性和精度也千差万别。在各种测量方法中，结构简单，仪器成本较低的测量装置往往存在测量结果不精确、准确性差等问题。如在很多高校的大学物理教学中，至今还采用光杠杆法来测量固体的热膨胀系数，其测量误差往往是较大的。而还有一些测量方法虽然解决了精确性、准确性等方面的问题，但是又存在仪器结构复杂、价格昂贵以及操作烦琐等方面的问题。并且，在各种测量过程中有些还有可能出现人为因素所引起的过失误差。这些都是我们需要解决的问题。 本文介绍了一种利用激光干涉原理及单片机技术和传感器技术来自动测量固体的热膨胀系数的方法。 根据迈克尔逊干涉仪的基本原理，在实验中，如果反射镜的位置发生了一个微小的移动，则此动作将会在光波的干涉条纹图样上得到反映，即条纹会发生湮没或涌出的现象。根据光的干涉原理，我们可以由条纹的变化情况推导得到此微小位移的大小。由于光波的波长非常短，因此按照相关公式计算得到的位移数据将非常精确，其最小分辨长度可以达到0.15×10-6m。因此，这使仪器测量结果的准确性在测量原理上得到了重要保障。另一方面，结合现代非常成熟和发达的传感器技术和单片机技术，我们利用一定的硬件电路，可实现将激光干涉条纹变化转化为数字信号，同时单片机也可以非常准确地实时采集和自动测量在实验过程中的系统条纹的变化情况，这将避免人为计数所带来的一系列问题。同样，实验过程中系统温度也通过温度传感器转化为数字信号传输至单片机中，利用单片机的智能化特点，单片机将对所有采集到的数据进行分析和处理，实现对实验过程的自动控制，并且最终自动得到实验结果。因此，本文所设计的仪器与传统相关仪器相比，它具有精度高、自动化程度高、功能更强等优点。在本篇文章中，我们将给大家重点介绍此热膨胀系数自动测量仪的重要组成部分的设计与实现。具体内容安排如下： 第一章，阐明了固体热膨胀系数测量的意义，分析了此类仪器的研究现状，分析了目前相关同类仪器的优缺点； 第二章，叙述了仪器设计的基本原理，包括固体热膨胀系数的测量原理以及迈克尔逊干涉仪测量微小位移的基本原理，并对迈克尔逊干涉仪干涉条纹进行了分析； 第三章，给出了微小长度检测电路的具体设计过程，即条纹变化检测电路的实现过程，包括：光电转换和放大、滤波、整形等电路； 第四章，讲述了仪器其它电路(包括温度检测及控制电路、键盘设计等等)的具体设计； 第五章，描述了仪器在实际使用时的操作过程及功能，并给出了软件设计的流程图； 第六章，对仪器的精度从多方面进行了分析，并对仪器的误差进行了估算，对误差来源进行了剖析。