横梁弯曲衍射法测杨氏模量实验仪制造技术

本实用新型专利技术涉及测杨氏模量实验仪，包括加力机构、挠度放大机构和测试衍射条纹分布的测试机构，加力机构由螺旋加力装置和拉力传感器组成，螺旋加力装置设于支架上，挠度放大机构包括产生狭缝的上刀口、下刀口和半导体激光器，测试对象中部与上刀口连接，测试对象两端定位于支架上，拉力传感器将螺旋加力装置和上刀口连接，下刀口安装于可调高度支撑架上。本实用新型专利技术与同类仪器相比解决了仪器稳定性方面的问题，测量对象范围更广，在测量精度上有很大的提高，精度可达到３％以内。可在很短的距离对衍射条纹进行测量，节约实验场地。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种教学实验设备，具体指利用横梁弯曲衍射法测杨氏 弹性模量的实验仪。
技术介绍
杨氏弹性模量是描述固体材料抵抗变形能力的重要物理量，是工程技术 中的常用参数，杨氏弹性模量的测量也是大学物理实验中的经典实验项目之 一。静态法测量杨氏弹性模量主要有拉伸法、弯曲法两种，其测试的关键之 处都在于如何对材料在拉力作用下的微小形变的放大测量上。拉伸法是利用挂钩配合固定砝码对金属丝施加拉力，然后利用读数望远 镜配合光杠杆放大金属丝的微小伸长量并进行测量，其物理思想明确，设计 巧妙，测量简单，但其测量误差较大，主要有以下四个方面的缺点1、 由于使用砝码挂钩施加拉力，故系统稳定性较差(每次改变砝码质量 后金属丝都会出现摆动，须待其稳定下来之后方可测量，也因此受环境条件 影响较大， 一些小的振动及较大的空气流动都会对实验造成影响)；2、 砝码质量是固定的，不能根据测量对象灵活选择拉力的大小，从而在很大程度上限制了测量对象的范围；3、 使用读数望远镜配合光杠杆测量金属丝的伸长量，要求标尺到望远镜 的反射光路平面必须与金属丝伸长方向垂直(这一点在实际测量过程中很难 保证)、同时还受到环境光线、测量人员对望远镜刻度线估读能力的影响；4、 由于光杠杆放大法需要较长的反射光路，故测试时占用实验场地较大。 弯曲法的测量对象一般是规则矩形梁。传统的弯曲法是利用光学显微镜放大测量梁的挠度，对横梁施加拉力的方式也是砝码配合挂钩的方式，故也在不同程度上存在上述前三个缺点。目前，有部分仪器厂家生产的《霍尔位 移传感器测杨氏模量实验仪》也只是用杠杆原理配合霍尔位移传感器取代了 读数显微镜对梁的挠度进行放大测量，并没有脱离"砝码+挂钩"的老式加力 方式，同时该方法是一种接触式测量，杠杆与测试对象的接触、所用磁场在 竖直方向的线性度、实验前需用读数显微镜定标等因素都决定了该方法误差 较大，通过多次实验比较，其测量精度尚不如用读数显微镜的测试方法。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本技术的目的是提供一种仪器稳定 性好、测量对象范围更广、测量精度更高、测量场地要求小的测量杨氏模量 的实验仪。本技术的目的是这样实现的横梁弯曲衍射法测杨氏模量实验仪， 包括加力机构、挠度放大机构和测试衍射条纹分布的测试机构，加力机构由 螺旋加力装置和拉力传感器组成，螺旋加力装置设于支架上，挠度放大机构 包括产生狭缝的上刀口 、下刀口和通过狭缝产生衍射条纹的半导体激光器， 测试对象中部与上刀口连接，测试对象两端定位于支架上，拉力传感器将螺 旋加力装置和上刀口连接，下刀口安装于可调高度支撑架上。所述半导体激光器固定于可调高度支撑架上并与下刀口相对固定，激光 光斑的下半部分固定照射在下刀口刀缘上。所述测试机构由相互配合的光电探头和数显游标尺组成。本技术与同类仪器相比解决了仪器稳定性方面的问题，测量对象范 围更广，同时由于采用了最新的光电测试技术，因此在测量精度上有很大的 提高，精度可达到3%以内。由于所使用光电测试方法精度较高，故可在很短 的距离上对衍射条纹进行测量，可以很大地节约实验场地。附图说明图l一本技术结构示意图。4图中，1-螺旋加力装置；2-拉力传感器；3-外框支架；4-挂钩；5-内支 架；6-上刀口； 7-下刀口； 8-可调高度支撑架；9_狭缝；10-测试对象。具体实施方式以下结合附图对本技术作进一步说明。本技术横梁弯曲衍射法测杨氏模量实验仪，主要包括加力机构、挠 度放大机构和测试衍射条纹分布的测试机构三大功能部分，同时还包括安装 加力机构、挠度放大机构的支架，支架由外框支架和内支架组成。参见图1, 从图上可以看出，加力机构由螺旋加力装置1和拉力传感器2组成，螺旋加力装置1设于外框支架3上。挠度放大机构包括刀口向下的上刀口 6、刀口向 上的下刀口 7和半导体激光器(半导体激光器在图上未画出)，上刀口6和下 刀口 7的刀口相对以产生狭缝9，目的是通过狭缝在前方形成单缝衍射条纹。 上刀口 6附着在挂钩4上，测试对象10中部被钩在挂钩4上通过挂钩4与上 刀口 6连接，使测试对象10中部与上刀口 6同步移动，测试对象10两端定 位于内支架5上，拉力传感器2将螺旋加力装置1和上刀口6连接，下刀口7安装于可调高度支撑架8上。本仪器在加力机构部分使用高精度拉力传感器2 (量程5Kg，精度lg)配合螺旋加力装置1，可以有效地解决仪器稳定性问题(由于采用固定于外框支 架3上的螺旋加力装置1配合挂钩4对测试对象10施加拉力，可以保证系统 随时都处于稳定状态，实现即加力，即测量，从而避免了 "砝码+挂钩"形式 引起的测试对象晃动的问题，同时外界振动及空气流动不会对仪器造成任何 影响)，并可以针对不同的测量对象灵活、精确地选取适当的拉力(如对杨氏 模量大的测试对象可以选择施加大的拉力，反之可以选择施加小的拉力，拉 力的大小可以直观地通过拉力传感器2反映出来)，从而避免了砝码质量固定对测试对象范围的限制。本技术在挠度放大机构方面，于挂钩4上固定上刀口6，在可调高度 支撑架8上固定下刀口 7，通过调节支撑架高度使两个刀口间形成一个均匀的狭缝9。同时将自制微型半导体激光器固定于可调高度支撑架8上并与下刀口 7相对固定，激光光斑的下半部分在仪器调试时即使其固定照射在下刀口 7刀 缘上，这样狭缝9 一旦形成激光束即通过狭缝9在前方形成单缝衍射条纹。 当测试对象10的挠度发生变化引起上刀口 6在竖直方向移动，狭缝9宽度即 发生微小变化，将使单缝衍射条纹发生明显的变化。测试机构部分(本部分在图上未画出)采用光电探头配合数显游标尺(精 度达0.01mm)测试衍射条纹分布，通过测量在不同拉力作用下衍射条纹的变 化可计算出狭缝宽度的变化量即横梁的挠度。也可采用线阵CCD采集衍射条 纹，通过计算机分析条纹的变化(精度达微米数量级)。由于所使用光电测试 方法精度较高，故可在很短的距离上对衍射条纹进行测量，可以很大地节约 实验场地。综上所述，该仪器与同类仪器相比解决了仪器稳定性方面的问题，测量 对象范围更广，同时由于采用了最新的光电测试技术，因此在测量精度上有 很大的提高。本仪器设计巧妙、综合性强，既能让学生接触到一些高新技术的应用， 又很好地体现了力一光一电的转换原理，能够很好地拓宽学生的知识面，而 且由于其在测量精度上超过了现有的其他的测量设备(经过多次反复实验， 精度可达到3%以内)，因此在物理、材料实验教学和工程测量中能发挥很好的 作用。权利要求1、横梁弯曲衍射法测杨氏模量实验仪，包括加力机构、挠度放大机构和测试衍射条纹分布的测试机构，其特征在于加力机构由螺旋加力装置(1)和拉力传感器(2)组成，螺旋加力装置(1)设于支架上，挠度放大机构包括产生狭缝的上刀口(6)、下刀口(7)和通过狭缝(9)产生衍射条纹的半导体激光器，测试对象(10)中部与上刀口(6)连接，测试对象(10)两端定位于支架上，拉力传感器(2)将螺旋加力装置(1)和上刀口(6)连接，下刀口(7)安装于可调高度支撑架(8)上。2、 根据权利要求l所述的横梁弯曲衍射法测杨氏模量实验仪，其特征在 于所述半导体激光器固定于可调高度支撑架(8)上并与下刀口 (7)相对 固定，激光光斑本文档来自技高网...

【技术保护点】
横梁弯曲衍射法测杨氏模量实验仪，包括加力机构、挠度放大机构和测试衍射条纹分布的测试机构，其特征在于：加力机构由螺旋加力装置（１）和拉力传感器（２）组成，螺旋加力装置（１）设于支架上，挠度放大机构包括产生狭缝的上刀口（６）、下刀口（７）和通过狭缝（９）产生衍射条纹的半导体激光器，测试对象（１０）中部与上刀口（６）连接，测试对象（１０）两端定位于支架上，拉力传感器（２）将螺旋加力装置（１）和上刀口（６）连接，下刀口（７）安装于可调高度支撑架（８）上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁霄，田源，聂喻梅，杨长中，刘强，
申请(专利权)人：重庆工学院，
类型：实用新型
国别省市：85[中国|重庆]