一种测量材料弹性模量的悬臂梁及其使用方法技术

本发明专利技术涉及弹性模量测量领域，具体提供了一种测量材料弹性模量的悬臂梁及其使用方法，在悬臂梁上设置凹槽，凹槽沿悬臂梁方向，凹槽的一端靠近悬臂梁的自由端，凹槽的另一端靠近压电材料块。测量材料的弹性模量时，首先将待测材料置于凹槽内，启动并改变振源的振动频率，测量不同振动频率时压电材料块产生的电信号强度，根据电信号强度‑振动频率谱确定待测材料的弹性模量。在不同的振源振动频率下，待测材料向悬臂梁自由端或向压电材料块一端挤压，改变悬臂梁的质量分布，从而改变悬臂梁的振动频率。由于悬臂梁的振动频率与悬臂梁的质量分布密切相关，悬臂梁的振动频率对质量分布非常敏感，所以本发明专利技术具有灵敏度高的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种测量材料弹性模量的悬臂梁及其使用方法
本专利技术涉及弹性模量测量领域，具体涉及一种测量材料弹性模量的悬臂梁及其使用方法。
技术介绍
弹性模量为单向应力状态下应力除以该方向的应变。弹性模量是工程材料重要的性能参数。传统应用拉伸试验测量材料的弹性模量，测量灵敏度低。
技术实现思路
为解决以上问题，本专利技术提供了一种测量材料弹性模量的悬臂梁，该悬臂梁包括振源、连接部、悬臂梁、压电材料块、凹槽；连接部固定在振源上；悬臂梁的一端固定在连接部上；压电材料块设置在悬臂梁顶面上靠近固定端的部位，压电材料块与外部电路连接；凹槽设置在悬臂梁上，凹槽沿悬臂梁方向，凹槽的一端靠近悬臂梁的自由端，凹槽的另一端靠近压电材料块。更进一步地，凹槽为长方体。更进一步地，凹槽设置在悬臂梁内。更进一步地，凹槽由半导体材料围成，凹槽粘附于悬臂梁的顶面。更进一步地，连接部与振源之间采用螺栓连接，连接部的材料为铜。更进一步地，悬臂梁的材料为铝合金、硅、半导体材料、金刚石。更进一步地，压电材料块的材料为压电陶瓷或聚偏氟乙烯。测量材料弹性模量的悬臂梁的使用方法包括如下步骤：步骤1，将待测材料置于凹槽内；步骤2，启动振源，测量压电材料块产生的电信号；步骤3，调节振源的振动频率，测量不同振动频率时压电材料块产生的电信号强度；步骤4，根据所测的电信号强度-振动频率谱确定待测材料的弹性模量。更进一步地，在步骤1中，待测材料均匀设置于凹槽内。更进一步地，在步骤1中，待测材料填充满所述凹槽。本专利技术的有益效果：本专利技术提供了一种测量材料弹性模量的悬臂梁及其使用方法，在悬臂梁上设置凹槽，凹槽沿悬臂梁方向，凹槽的一端靠近悬臂梁的自由端，凹槽的另一端靠近压电材料块。测量材料的弹性模量时，首先将待测材料置于凹槽内，启动并改变振源的振动频率，测量不同振动频率时压电材料块产生的电信号强度，根据电信号强度-振动频率谱确定待测材料的弹性模量。在不同的振源振动频率下，待测材料向悬臂梁自由端或向压电材料块一端挤压，改变悬臂梁的质量分布，从而改变悬臂梁的振动频率。由于悬臂梁的振动频率与悬臂梁的质量分布密切相关，悬臂梁的振动频率对质量分布非常敏感，所以本专利技术具有灵敏度高的优点。以下将结合附图对本专利技术做进一步详细说明。附图说明图1是测量材料弹性模量的悬臂梁的示意图。图中：1、振源；2、连接部；3、悬臂梁；4、压电材料块；5、凹槽。具体实施方式为进一步阐述本专利技术达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本专利技术的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。实施例1本专利技术提供了一种测量材料弹性模量的悬臂梁。如图1所示，该悬臂梁包括振源1、连接部2、悬臂梁3、压电材料块4、凹槽5。连接部2固定在振源1上。优选地，连接部2与振源1之间采用螺栓连接，连接部2的材料为铜。悬臂梁3的一端固定在连接部2上。悬臂梁3的材料为铝合金、硅、半导体材料、金刚石。压电材料块4设置在悬臂梁3顶面上靠近固定端的部位，压电材料块4与外部电路连接。压电材料块4的材料为压电陶瓷或聚偏氟乙烯。凹槽5设置在悬臂梁3上，凹槽5沿悬臂梁3方向，凹槽5的一端靠近悬臂梁3的自由端，凹槽5的另一端靠近压电材料块4。也就是说，在长度方向，凹槽5不到达悬臂梁3的自由端，凹槽5也不到达压电材料块4，不与压电材料块4连接。测量材料的弹性模量时，首先将待测材料置于凹槽5内，启动并改变振源1的振动频率，测量不同振动频率时压电材料块4产生的电信号强度，根据电信号强度-振动频率谱确定待测材料的弹性模量。在不同的振源振动频率下，待测材料向悬臂梁3自由端或向压电材料块4一端挤压，改变悬臂梁3的质量分布，从而改变悬臂梁3的振动频率。由于悬臂梁3的振动频率与悬臂梁3的质量分布密切相关，悬臂梁3的振动频率对质量分布非常敏感，所以本专利技术具有灵敏度高的优点。一般来说，本专利技术中的待测材料为柔性材料。当振源1处于不同的振动频率时，在不同离心力的作用下，柔性材料更容易产生显著的质量分布变化，从而造成悬臂梁3固有振动频率的限制变化。当悬臂梁3固有振动频率与振源1振动频率相同时，悬臂梁3的振动幅度更大。更进一步地，凹槽5为长方体。长方体的长边沿悬臂梁3方向。这样一来，在初始状态，凹槽5中的待测材料可以均匀分布；在离心力作用下，待测材料的质量分布也容易发生改变，也就是容易向悬臂梁3自由端或压电材料块4移动，从而使得探测的灵敏度更高。更进一步地，凹槽5设置在悬臂梁3内。也就是说，凹槽5由悬臂梁3材料围成，凹槽5的顶面与悬臂梁3的顶面平齐；在厚度方向，凹槽5的深度小于悬臂梁3的厚度。这样一来，凹槽5与悬臂梁3融为一体，结构简单，使用方便。更进一步地，凹槽5由半导体材料围成，半导体材料的底面为平面，凹槽5粘附于悬臂梁3的顶面。围成凹槽5的半导体材料与悬臂梁3的材料相同、具有相同的杨氏模量。这样一来，可以设置不同深度的凹槽5，将不同的凹槽5粘附于悬臂梁3的顶面，以方便填充不同厚度的待测材料，使用范围更广泛。实施例2在实施例1的基础上，本专利技术还提供了测量材料弹性模量的悬臂梁的使用方法，该使用方法包括如下步骤：步骤1，将待测材料置于凹槽5内；步骤2，启动振源1，测量压电材料块4产生的电信号；步骤3，调节振源1的振动频率，测量不同振动频率时压电材料块4产生的电信号强度。当振源1的振动频率较小时，待测材料分布于图1中靠近悬臂梁3自由端一侧；当振源1的振动频率较大时，待测材料分布于图1中靠近压电材料块4一侧。步骤4，根据所测的电信号强度-振动频率谱确定待测材料的弹性模量。对于具有不同弹性模量的待测材料，电信号强度-振动频率谱不同。根据电信号强度-振动频率谱确定待测材料的弹性模量。更进一步地，在步骤1中，待测材料均匀设置于凹槽5内。更进一步地，待测材料填充满凹槽5。这样一来，电信号强度-振动频率谱仅仅对应于待测材料的质量分布的变化，方便数据处理。以上内容是结合具体的优选实施方式对本专利技术所作的进一步详细说明，不能认定本专利技术的具体实施只局限于这些说明。对于本专利技术所属
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量材料弹性模量的悬臂梁，其特征在于，包括：振源、连接部、悬臂梁、压电材料块、凹槽；所述连接部固定在所述振源上；所述悬臂梁的一端固定在所述连接部上；所述压电材料块设置在所述悬臂梁顶面上靠近固定端的部位，所述压电材料块与外部电路连接；所述凹槽设置在所述悬臂梁上，所述凹槽沿所述悬臂梁方向，所述凹槽的一端靠近所述悬臂梁的自由端，所述凹槽的另一端靠近所述压电材料块。/n

【技术特征摘要】
1.一种测量材料弹性模量的悬臂梁，其特征在于，包括：振源、连接部、悬臂梁、压电材料块、凹槽；所述连接部固定在所述振源上；所述悬臂梁的一端固定在所述连接部上；所述压电材料块设置在所述悬臂梁顶面上靠近固定端的部位，所述压电材料块与外部电路连接；所述凹槽设置在所述悬臂梁上，所述凹槽沿所述悬臂梁方向，所述凹槽的一端靠近所述悬臂梁的自由端，所述凹槽的另一端靠近所述压电材料块。


2.如权利要求1所述的测量材料弹性模量的悬臂梁，其特征在于：所述凹槽为长方体。


3.如权利要求2所述的测量材料弹性模量的悬臂梁，其特征在于：所述凹槽设置在所述悬臂梁内。


4.如权利要求2所述的测量材料弹性模量的悬臂梁，其特征在于：所述凹槽由半导体材料围成，所述凹槽粘附于所述悬臂梁的顶面。


5.如权利要求1-4任一项所述的测量材料弹性模量的悬臂梁，其特征在于：所述连接部与所述振源之间采用螺栓连接，所述连接部的材料为铜。

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【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：金华伏安光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33