專利名稱：?jiǎn)慰p衍射法測(cè)量細(xì)絲楊氏模量的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用物理光學(xué)方法測(cè)量材料力學(xué)量的實(shí)驗(yàn)裝置，特別是單縫衍射法測(cè)量細(xì)絲楊氏模量的裝置。
背景技術(shù)：
楊氏彈性模量是描述固體材料抵抗變形能力的重要物理量，是工程技術(shù)中的常用參數(shù)，楊氏彈性模量的測(cè)量也是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)之一?，F(xiàn)有技術(shù)中楊氏模量的測(cè)量方式主要是靜態(tài)法和動(dòng)態(tài)法；在一些測(cè)試特別是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中，現(xiàn)有的楊氏模量測(cè)量方法主要是光杠桿法。光杠桿法測(cè)量裝置主要由望遠(yuǎn)鏡、支架、金屬絲固件、小反射平面鏡、標(biāo)尺、砝碼、螺旋測(cè)微計(jì)、游標(biāo)卡尺、米尺等構(gòu)成。測(cè)量過(guò)程中通過(guò)調(diào)節(jié)使得觀測(cè)者能夠從望遠(yuǎn)鏡中清晰的看到標(biāo)尺的像，然后逐漸加砝碼使金屬絲被拉長(zhǎng)，通過(guò)金屬絲伸長(zhǎng)的微小長(zhǎng)度、小反射平面鏡轉(zhuǎn)過(guò)的角度及望遠(yuǎn)鏡像中標(biāo)尺讀數(shù)差的關(guān)系得到楊氏彈性模量。該測(cè)量方法和裝置存在以下的缺點(diǎn):它是將微小的長(zhǎng)度變化通過(guò)光杠桿法進(jìn)行放大后進(jìn)行測(cè)定，因此通過(guò)望遠(yuǎn)鏡看鏡子中標(biāo)尺像時(shí)會(huì)出現(xiàn)像難調(diào)節(jié)的問(wèn)題；傳統(tǒng)的測(cè)量中，是將非豎直平面的光路近似看成是同一豎直平面的光路，存在一定的誤差；標(biāo)尺的讀數(shù)是通過(guò)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的，觀察時(shí)會(huì)產(chǎn)生視覺(jué)差，標(biāo)尺的精確度較低。為了解決上述問(wèn)題，現(xiàn)在有利用單縫衍射原理來(lái)測(cè)量金屬絲楊氏模量的論文及專利，但這些技術(shù)仍然存在一定的問(wèn)題，問(wèn)題之一就是金屬絲在進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中會(huì)遮擋兩刀口之間的縫隙，若光照到金屬絲也 會(huì)產(chǎn)生衍射，影響被測(cè)衍射條紋。因此現(xiàn)在需要一種能夠解決上述問(wèn)題的裝置或方法，來(lái)準(zhǔn)確測(cè)量金屬絲的楊氏彈性模量。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型是為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述不足，提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)巧妙，采用比傳統(tǒng)的測(cè)量方法更直接的方式進(jìn)行測(cè)量的，工藝簡(jiǎn)單，制造成本低廉、誤差小的單縫法衍射法測(cè)量多種不同材質(zhì)細(xì)絲楊氏模量的裝置。實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是:一種單縫衍射法測(cè)量細(xì)絲楊氏模量的裝置，其特征在于:所述的裝置包括激光器、單縫裝置I和觀測(cè)屏裝置2，激光器發(fā)出的平行光垂直射入單縫裝置I的縫隙后，經(jīng)單縫衍射后投射在觀測(cè)屏裝置2上，單縫裝置I包括帶有底座的支架4，支架4的上端設(shè)置有夾子5，夾子5下端固定有待測(cè)細(xì)絲6，待測(cè)細(xì)絲6的下端由鎖緊螺釘鎖定在單縫的上刀片8上，上刀片8能夠在框架7上縱向滑動(dòng)，框架7設(shè)置在連接桿14上，并且連接桿14能夠在支架4上移動(dòng)并鎖定，在框架7的底部設(shè)置有與上刀片8在縱向上共面的下刀片11，上刀片8和下刀片11兩刀口之間為單縫裝置I的縫隙9，與上刀片8固定連接有連接片3，連接片3與上刀片8相互平行，并且在連接片3上開設(shè)有寬縫10，寬縫10的長(zhǎng)度與縫隙9相配，寬縫10的寬度比縫隙9大，而縫隙9又與寬縫10重合，連接片3的底邊框13上設(shè)置有懸掛繩12，懸掛繩12的底部可連接砝碼，觀測(cè)屏裝置2包括縱向設(shè)置的、帶有底座且具有一定寬度的標(biāo)尺框架，標(biāo)尺框架上設(shè)置有螺桿19和標(biāo)尺15，螺桿19的上端設(shè)置有帶有刻度的鼓輪16，螺桿19上螺紋連接有移動(dòng)塊17，移動(dòng)塊17上設(shè)置有指向標(biāo)尺15的指針18。本實(shí)用新型同現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):本種結(jié)構(gòu)形式的測(cè)量細(xì)絲楊氏模量的裝置，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)巧妙，布局合理，(待測(cè)細(xì)絲及懸掛繩不通過(guò)狹縫、不擋光線)，它針對(duì)傳統(tǒng)的金屬絲楊氏模量測(cè)量方法所存在的種種問(wèn)題，設(shè)計(jì)出一種用衍射方法測(cè)量微小位移的實(shí)驗(yàn)裝置，操作簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便，省去了傳統(tǒng)方法或結(jié)構(gòu)中各種參數(shù)的間接轉(zhuǎn)化，減少了誤差的來(lái)源，同時(shí)它所需要讀取的參數(shù)并不需要采用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)。同時(shí)它的特殊結(jié)構(gòu)決定了在測(cè)量的過(guò)程中，供光線通過(guò)以產(chǎn)生衍射條紋的縫隙中無(wú)任何遮擋物，保證了投射在觀測(cè)屏裝置上的衍射條紋清晰。它不僅僅限制于金屬絲的楊氏模量測(cè)量，還能夠用于測(cè)量發(fā)絲、細(xì)線、蠶絲等細(xì)絲的楊氏模量，應(yīng)用范圍較為廣泛。該裝置制作工藝簡(jiǎn)單，制造成本低廉，特別適合于在本領(lǐng)域中推廣應(yīng)用，適合高等院校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，其市場(chǎng)前景十分廣闊。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例單縫裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1中A部的放大圖。圖3是上刀片和連接片的側(cè)向結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例觀測(cè)屏裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖說(shuō)明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
。如圖1、圖2、圖3、圖4所示:一種單縫衍射法測(cè)量細(xì)絲楊氏模量的裝置，該裝置由三部分組成:激光器、單縫裝置I和觀測(cè)屏裝置2。原理是激光器發(fā)·射的平行光束垂直射入單縫裝置I的縫隙，經(jīng)單縫衍射，在觀測(cè)屏裝置2上形成明暗相間衍射條紋，在懸掛繩12下端加減砝碼，待測(cè)細(xì)絲6伸縮，帶動(dòng)連接片3和動(dòng)片8—起移動(dòng)，縫隙的寬度相應(yīng)也同樣變化，縫隙寬度的改變量等于細(xì)絲長(zhǎng)度的伸縮量。即如果光線所通過(guò)的縫隙寬度發(fā)生變化，由夫瑯和費(fèi)衍射原理，觀測(cè)屏裝置2上的衍射條紋的寬度也會(huì)發(fā)生變化。細(xì)絲的伸縮量即是縫隙的寬度的變化量，這樣通過(guò)直接測(cè)衍射條紋中央明紋寬度的變化，便可以計(jì)算出待測(cè)細(xì)絲的楊氏模量。本裝置的結(jié)構(gòu)組成如下:單縫裝置I包括帶有底座的支架4，支架4的上端設(shè)置有夾子5，夾子5下端固定有待測(cè)細(xì)絲6，待測(cè)細(xì)絲6的下端由鎖緊螺釘鎖定在單縫的上刀片8，上刀片8能夠在框架7內(nèi)縱向的滑動(dòng)，框架7設(shè)置在連接桿14上，并且連接桿14能夠在支架4上縱向移動(dòng)，并可根據(jù)需要進(jìn)行鎖定，在框架7的底部設(shè)置有與上刀片8在縱向上共面的下刀片11，上刀片8和下刀片11兩刀口之間為單縫裝置I的縫隙9，與上刀片8固定連接的設(shè)置有一個(gè)連接片3，這個(gè)連接片3與上刀片8相互平行，并且連接片3為框架式結(jié)構(gòu)，其中部設(shè)置有一個(gè)寬縫10，這個(gè)寬縫10比由上刀片8和下刀片11所組成的縫隙9要大，并且寬縫10和縫隙9相互重合；在連接片3的底邊框13上還設(shè)置有懸掛繩12，在懸掛繩12的底部可以懸掛砝碼，通過(guò)增加砝碼的數(shù)量來(lái)改變連接片3 (即上刀片8)及待測(cè)細(xì)絲6所承受的拉力，實(shí)現(xiàn)待測(cè)細(xì)絲6的拉伸；上述這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要是為了讓上刀片8縱向運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，在縫隙9上不會(huì)有任何的遮擋物；[0014]觀測(cè)屏裝置3包括一個(gè)縱向設(shè)置的、并且?guī)в械鬃臉?biāo)尺框架，這個(gè)標(biāo)尺框架應(yīng)具有一定的寬度，保證能夠看清衍射條紋；在標(biāo)尺框架上設(shè)置有螺桿19和標(biāo)尺15，螺桿19能夠在設(shè)置于自身頂端的鼓輪16的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，鼓輪16上設(shè)置有刻度，其刻度的精確度小于標(biāo)尺15精確度一個(gè)數(shù)量級(jí)，二者相互配合實(shí)現(xiàn)精確調(diào)整和測(cè)量；在螺桿19上還螺紋連接有移動(dòng)塊17，在移動(dòng)塊17上設(shè)置有指向標(biāo)尺15的指針18。本實(shí)用新型實(shí)施例的單縫衍射法測(cè)量細(xì)絲楊氏模量的裝置的工作過(guò)程如下:首先將長(zhǎng)度為L(zhǎng)，直徑為d的待測(cè)細(xì)絲6的上端通過(guò)夾子5固定在支架4上，待測(cè)細(xì)絲6的下端固定在上刀片8上，在懸掛繩12的下方懸掛質(zhì)量為Hi1的砝碼，使待測(cè)細(xì)絲6伸直。通過(guò)調(diào)節(jié)連接桿14在支架4上的高度，使上刀片8和下刀片11兩刀口之間的縫隙9的寬度達(dá)到既有利于測(cè)量、又保證增加砝碼后縫隙9不閉合，此時(shí)縫隙9的寬度為a1;開啟激光器，激光經(jīng)過(guò)縫隙9后會(huì)在觀測(cè)屏裝置2上產(chǎn)生明顯且便于測(cè)量的衍射條紋。旋轉(zhuǎn)鼓輪16，讓移動(dòng)塊17在縱向上移動(dòng)，并控制指針18分別與衍射條紋中央明紋的上、下限重合，兩坐標(biāo)的差值即衍射條紋±1級(jí)暗紋的間距為中央明紋的寬度X115在懸掛繩12上增加砝碼，讓待測(cè)細(xì)絲6發(fā)生微小的彈性伸長(zhǎng)，需要注意的是，所加砝碼的質(zhì)量應(yīng)在細(xì)絲彈性所承受的范圍內(nèi)，上刀片8和連接片3共同相對(duì)于框架7向下位移，縫隙9的寬度變小，此時(shí)縫隙9的寬度為a2，重復(fù)上一步驟操作，測(cè)量出此時(shí)中央明紋的寬度x2,此時(shí)砝碼的總質(zhì)量為m2。由單縫衍射中央明紋寬度:
權(quán)利要求1.一種單縫衍射法測(cè)量細(xì)絲楊氏模量的裝置，其特征在于:所述的裝置包括激光器、單縫裝置(I)和觀測(cè)屏裝置(2)，激光器發(fā)出的平行光垂直射入單縫裝置(I)的縫隙后，經(jīng)單縫衍射后投射在觀測(cè)屏裝置(2)上，單縫裝置(I)包括帶有底座的支架(4)，支架(4)的上端設(shè)置有夾子(5)，夾子(5)下端固定有待測(cè)細(xì)絲(6)，待測(cè)細(xì)絲(6)的下端由鎖緊螺釘鎖定在單縫的上刀片(8)上，上刀片(8)能夠在框架(7)上縱向滑動(dòng)，框架(7)設(shè)置在連接桿(14)上，并且連接桿(14)能夠在支架(4)上移動(dòng)并鎖定，在框架(7)的底部設(shè)置有與上刀片(8)在縱向上共面的下刀片(11)，上刀片(8)和下刀片(11)兩刀口之間為單縫裝置(I)的縫隙(9)，與上刀片(8)固定連接有連接片(3)，連接片(3)與上刀片(8)相互平行，并且在連接片(3)上開設(shè)有寬縫(10)，寬縫(10)的長(zhǎng)度與縫隙(9)相配，寬縫(10)的寬度比縫隙(9)大，而縫隙(9)又與寬縫(10)重合，連接片(3)的底邊框(13)上設(shè)置有懸掛繩(12)，懸掛繩(12)的底部可連接砝碼，觀測(cè)屏裝置(2)包括縱向設(shè)置的、帶有底座且具有一定寬度的標(biāo)尺框架，標(biāo)尺框架上設(shè)置有螺桿(19)和標(biāo)尺(15)，螺桿(19)的上端設(shè)置有帶有刻度的鼓輪(16)，螺桿(19)上螺紋連接有移動(dòng)塊(17)，移動(dòng)塊(17)上設(shè)置有指向標(biāo)尺(15)的指針(1 8)。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種單縫衍射法測(cè)量細(xì)絲楊氏模量的裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)巧妙，布局合理，供光線通過(guò)的縫隙中無(wú)任何遮擋物，增減砝碼使細(xì)絲長(zhǎng)度伸縮，細(xì)絲長(zhǎng)度的伸縮帶動(dòng)縫隙變化，縫隙寬度的改變量等于細(xì)絲長(zhǎng)度的伸縮量，衍射條紋的寬度隨縫隙寬度變化而改變，通過(guò)直接測(cè)衍射條紋中央明紋寬度的變化，便可以計(jì)算出待測(cè)細(xì)絲的楊氏模量。省去了傳統(tǒng)方法或結(jié)構(gòu)中各種參數(shù)的間接轉(zhuǎn)化，它不僅僅限制于金屬絲的楊氏模量測(cè)量，還能夠用于測(cè)量發(fā)絲、細(xì)線、蠶絲等細(xì)絲的楊氏模量，應(yīng)用范圍較為廣泛。該裝置制作工藝簡(jiǎn)單，制造成本低廉，特別適合于在本領(lǐng)域中推廣應(yīng)用，適合高等院校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，其市場(chǎng)前景十分廣闊。
文檔編號(hào)G01N3/14GK203148785SQ20132006743
公開日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月6日
發(fā)明者楊桂娟, 吳崇高, 王寶寧, 王影, 黃建華, 楊濤, 劉譯天, 田澤 申請(qǐng)人:大連海洋大學(xué)