光杠桿楊氏模量測(cè)量?jī)x的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種光杠桿楊氏模量測(cè)量?jī)x，在垂直立于底座上的支撐桿中部設(shè)置有測(cè)量平臺(tái)，所述測(cè)量平臺(tái)設(shè)置有垂直放置的光杠桿平面鏡，用于投射激光到所述平面鏡的激光器，還設(shè)置有測(cè)微儀孔和夾具孔。測(cè)量前先將與光杠桿平面鏡背面相連的第三支腳置于測(cè)微儀孔，調(diào)節(jié)測(cè)微儀移動(dòng)一個(gè)微小的可測(cè)量距離同時(shí)獲得測(cè)量標(biāo)尺上的讀數(shù)，確定出系統(tǒng)的放大倍數(shù)。測(cè)量時(shí)將與光杠桿平面鏡背面相連的第三支腳置于夾具孔的鉆頭夾上表面，獲得測(cè)量標(biāo)尺上的讀數(shù)，根據(jù)放大倍數(shù)從而確定出金屬線伸長(zhǎng)量，最終獲得楊氏模量。本實(shí)用新型的光杠桿楊氏模量測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量簡(jiǎn)便。
【專利說明】光杠桿楊氏模量測(cè)量?jī)x

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種光杠桿楊氏模量測(cè)量?jī)x。

【背景技術(shù)】
[0002] 微小位移量的測(cè)量，在工程、材料、精密機(jī)械、自控等很多領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用，普 物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，主要是通過測(cè)量金屬的楊氏模量、固體的線膨脹系數(shù)等實(shí)驗(yàn)來讓學(xué)生掌握 其測(cè)量方法的。傳統(tǒng)的測(cè)量方法，主要是使用光杠桿和尺度望遠(yuǎn)鏡，其概念清楚，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 但光杠桿光路調(diào)節(jié)對(duì)學(xué)生來說有一定難度，非常浪費(fèi)時(shí)間。
[0003] 楊氏模量是描述固體材料抵抗形變能力的物理量。楊氏模量是選定機(jī)械零件材料 的依據(jù)之一，是工程技術(shù)設(shè)計(jì)中常用的參數(shù)。例如，一條長(zhǎng)度為L(zhǎng)、截面積為S的金屬絲在 力F作用下伸長(zhǎng)Λ L，將F/S定義為應(yīng)力，其物理意義是該金屬絲單位截面積上的恢復(fù)力； 將Λ L/L定義為應(yīng)變，其物理意義是金屬絲單位長(zhǎng)度所對(duì)應(yīng)的伸長(zhǎng)量。進(jìn)一步地，我們定義 楊氏彈性模量Ε，楊氏彈性模量Ε在數(shù)值上等于產(chǎn)生單位應(yīng)變時(shí)的應(yīng)力，它的單位是與應(yīng)力 的單位相同。楊氏彈性模量是材料的屬性，與外力及物體的形狀無關(guān)，取決于材料的組成。 對(duì)于直徑為d的金屬絲來說，如公式1所示楊氏彈性模量Ε可表示為： 4FL
[0004] E = -- (公式 1) mi'AL
[0005] 其中，L表示金屬絲的長(zhǎng)度、d表示金屬絲的直徑、Λ L表示金屬絲的伸長(zhǎng)量，L、d、 Λ L是需要通過測(cè)量得到的參數(shù)。從公式1可以看出，若要實(shí)現(xiàn)楊氏模量的精確測(cè)量，就需 要分別對(duì)L、d、AL三個(gè)參數(shù)實(shí)現(xiàn)精密測(cè)量，其中尤其是金屬絲的伸長(zhǎng)量作為一個(gè)微小位移 量，其精確度會(huì)影響楊氏模量測(cè)量精度。
[0006] 但是，傳統(tǒng)的光杠桿測(cè)量裝置需要借助望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行復(fù)雜的光學(xué)調(diào)節(jié)，才能達(dá)成測(cè) 量任務(wù)，因此如何利用一種簡(jiǎn)單裝置，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便快速的光杠桿楊氏模量的測(cè)量，成為需要解 決的技術(shù)問題。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0007] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種光杠桿楊氏模量測(cè)量?jī)x，用于簡(jiǎn) 便快速的實(shí)現(xiàn)光杠桿楊氏模量測(cè)量。
[0008] 為了解決上述問題，本實(shí)用新型提出了一種光杠桿楊氏模量測(cè)量?jī)x，包括底座 101，垂直立于底座101上的支撐桿102AU02B，位于支撐桿102AU02B頂部的頂部平臺(tái) 103,位于支撐桿102AU02B中部的測(cè)量平臺(tái)104，
[0009] 所述測(cè)量平臺(tái)104開設(shè)有夾具孔108,所述夾具孔108具有用于固定金屬線的鉆頭 夾，所述頂部平臺(tái)103的底部連接有金屬線105的一端，所述金屬線105垂直穿過所述夾具 孔108并由鉆頭夾夾住固定，所述金屬線105的另一端連接有一掛環(huán)106,一帶掛鉤的砝碼 盤107通過掛鉤與所述掛環(huán)106連接；
[0010] 所述測(cè)量平臺(tái)104設(shè)置有垂直放置的光杠桿平面鏡113,所述光杠桿平面鏡113具 有三個(gè)支腳，其中第一、第二支腳位于光杠桿平面鏡113下方，第三支腳113C的一端與光杠 桿平面鏡113背面相連而另一端則置于所述夾具孔108的鉆頭夾夾具上表面；
[0011] 所述測(cè)量平臺(tái)104設(shè)置有測(cè)微儀孔109,所述測(cè)微儀孔109與所述夾具孔108形成 的連線與光杠桿平面鏡113平行；
[0012] 所述測(cè)量平臺(tái)104設(shè)置有激光器112,用于發(fā)射激光到所述光杠桿平面鏡113 ;
[0013] 所述支撐桿102A在位于所述測(cè)量平臺(tái)104下方的位置上設(shè)有固定夾111，所述固 定夾111用于一端固定在支撐桿上，另一端用于固定一測(cè)微儀110,所述測(cè)微儀110的測(cè)桿 插入到所述測(cè)微儀孔109。所述測(cè)微儀110是螺旋測(cè)微儀。
[0014] 所述的光杠桿楊氏模量測(cè)量?jī)x，還包括位于垂直放置的遠(yuǎn)離測(cè)試底座101的測(cè)量 標(biāo)尺114,所述激光器112發(fā)射的光束經(jīng)光杠桿平面鏡113反射后投射到所述測(cè)量標(biāo)尺114 上。
[0015] 本實(shí)用新型的光杠桿楊氏模量測(cè)量?jī)x，在通過調(diào)節(jié)測(cè)微儀獲得放大倍數(shù)之后，由 于測(cè)量時(shí)可以獲得激光點(diǎn)在遠(yuǎn)處測(cè)量標(biāo)尺上的移動(dòng)距離，從而通過所確定的放大倍數(shù)可以 得到金屬絲形變的微小位移量。應(yīng)用本實(shí)用新型的光杠桿楊氏模量測(cè)量?jī)x，不需要再測(cè)量 光杠桿常數(shù)和光杠桿平面鏡與測(cè)量標(biāo)尺之間的距離?？梢愿臃奖阌?jì)算出金屬絲伸長(zhǎng)量， 即可得到楊氏模量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1為本實(shí)用新型的光杠桿楊氏模量測(cè)量?jī)x的后視圖；
[0017] 圖2為本實(shí)用新型的光杠桿楊氏模量測(cè)量?jī)x的測(cè)量平臺(tái)的俯視圖；
[0018] 圖3為本實(shí)用新型的光杠桿楊氏模量測(cè)量?jī)x的測(cè)量原理示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型 作進(jìn)一步地詳細(xì)說明。
[0020] 如圖1所示，給出了本實(shí)用新型的光杠桿楊氏模量測(cè)量?jī)x的后視圖，包括底座 101，垂直立于底座101上的支撐桿102AU02B，位于支撐桿102AU02B頂部的頂部平臺(tái) 103,位于支撐桿102AU02B中部的測(cè)量平臺(tái)104，
[0021] 所述測(cè)量平臺(tái)104上開設(shè)有夾具孔108,所述夾具孔108具有用于固定金屬線的鉆 頭夾，所述頂部平臺(tái)103的底部連接有金屬線105的一端，所述金屬線105垂直穿過所述夾 具孔108并由鉆頭夾夾住固定，所述金屬線105的另一端連接有一掛環(huán)106,一帶掛鉤的砝 碼盤107通過掛鉤與所述掛環(huán)106連接；
[0022] 所述測(cè)量平臺(tái)104設(shè)置有垂直放置的光杠桿平面鏡113,所述光杠桿平面鏡113具 有三個(gè)支腳，其中第一、第二支腳位于光杠桿平面鏡113下方，第三支腳113C的一端與光杠 桿平面鏡113背面相連而另一端則置于所述夾具孔108的鉆頭夾夾具上表面；
[0023] 所述測(cè)量平臺(tái)104設(shè)置有測(cè)微儀孔109,所述測(cè)微儀孔109與所述夾具孔108形成 的連線與光杠桿平面鏡113平行；
[0024] 所述測(cè)量平臺(tái)104設(shè)置有激光器112,用于發(fā)射激光到所述光杠桿平面鏡113 ;
[0025] 所述支撐桿102A在位于所述測(cè)量平臺(tái)104下方的位置上設(shè)有固定夾111，所述固 定夾111的一端固定在支撐桿上，另一端用于固定一測(cè)微儀110,所述測(cè)微儀110的測(cè)桿插 入到所述測(cè)微儀孔109。
[0026] 如圖2所示，進(jìn)一步給出了所述測(cè)量平臺(tái)104的俯視圖，其中通孔102A'用于穿過 支撐桿102A，102B'用于穿過支撐桿102B，所述測(cè)量平臺(tái)104通過該兩個(gè)通孔固定在支撐桿 上。所述測(cè)微儀孔109和所述夾具孔108可位于通孔102A'，102B'之間，并與該兩個(gè)通孔 位于一條直線上。
[0027] 測(cè)量時(shí)，所述光杠桿平面鏡113的第三支腳113C位于所述夾具孔108的鉆頭夾的 上表面，在金屬線被拉伸后發(fā)生微小位移量后，該鉆頭夾上表面會(huì)隨金屬線在砝碼盤作用 下向下發(fā)生移動(dòng)，從而該第三支腳113C也隨之下移，從而導(dǎo)致光杠桿平面鏡113的仰角發(fā) 生如圖3所示的偏移量Θ，激光器發(fā)射的光束通過光杠桿平面鏡113反射后則發(fā)生偏移量 2 Θ后投射到遠(yuǎn)處的測(cè)量標(biāo)尺114上，通過記錄偏移前后的光斑在測(cè)量標(biāo)尺上的讀數(shù)，可以 獲知其偏移對(duì)應(yīng)的投射偏移長(zhǎng)度值。
[0028] 在測(cè)量之前，可先利用測(cè)微儀校準(zhǔn)放大倍數(shù)，將光杠桿平面鏡113的第三支腳 113C平移至測(cè)微儀孔109,使之立于測(cè)微儀的測(cè)桿的上表面上，使測(cè)桿上下移動(dòng)一個(gè)小的 距離（例如〇. 500mm)然后測(cè)量激光點(diǎn)在遠(yuǎn)處測(cè)量標(biāo)尺114上的移動(dòng)距離，從而確定該光杠 桿楊氏模量測(cè)量?jī)x的放大倍數(shù)。所述測(cè)微儀110是螺旋測(cè)微儀。
[0029] 在獲得放大倍數(shù)之后，由于測(cè)量時(shí)可以獲得激光點(diǎn)在遠(yuǎn)處測(cè)量標(biāo)尺114上的移動(dòng) 距離，從而可以得到金屬絲形變的微小位移量。
[0030] 應(yīng)用本實(shí)用新型的光杠桿楊氏模量測(cè)量?jī)x，不需要再測(cè)量光杠桿常數(shù)和光杠桿平 面鏡110與測(cè)量標(biāo)尺114之間的距離?？梢愿臃奖阌?jì)算出金屬絲伸長(zhǎng)量，即可得到楊氏 模量。
[0031] 以上所述僅為本實(shí)用新型的實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域 的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)， 所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種光杠桿楊氏模量測(cè)量?jī)x，其特征在于，包括底座（101)，垂直立于底座（101) 上的支撐桿（102AU02B)，位于支撐桿（102AU02B)頂部的頂部平臺(tái)（103)，位于支撐桿 (102AU02B)中部的測(cè)量平臺(tái)（104); 所述測(cè)量平臺(tái)（104)開設(shè)有夾具孔（108)，所述夾具孔（108)具有用于固定金屬線的鉆 頭夾，所述頂部平臺(tái)（103)的底部連接有金屬線（105)的一端，所述金屬線（105)垂直穿過 所述夾具孔（108)并由鉆頭夾夾住固定，所述金屬線（105)的另一端連接有一掛環(huán)（106)， 一帶掛鉤的砝碼盤（107)通過掛鉤與所述掛環(huán)（106)連接； 所述測(cè)量平臺(tái)（104)設(shè)置有垂直放置的光杠桿平面鏡（113)，所述光杠桿平面鏡（113) 具有三個(gè)支腳，其中第一、第二支腳位于光杠桿平面鏡（113)下方，第三支腳（113C)的一端 與光杠桿平面鏡（113)背面相連而另一端則置于所述夾具孔（108)的鉆頭夾夾具上表面； 所述測(cè)量平臺(tái)（104)設(shè)置有測(cè)微儀孔（109)，所述測(cè)微儀孔（109)與所述夾具孔（108) 形成的連線與光杠桿平面鏡（113)平行； 所述測(cè)量平臺(tái)（104)設(shè)置有激光器（112)，用于發(fā)射激光到所述光杠桿平面鏡（113); 所述支撐桿（102A)在位于所述測(cè)量平臺(tái)（104)下方的位置上設(shè)有固定夾（111)，所 述固定夾（111)用于一端固定在支撐桿上，另一端用于固定一測(cè)微儀（110)，所述測(cè)微儀 (110)的測(cè)桿插入到所述測(cè)微儀孔（109)。
2. 如權(quán)利要求1所述的光杠桿楊氏模量測(cè)量?jī)x，其特征在于，還包括位于垂直放置 的遠(yuǎn)離測(cè)試底座（101)的測(cè)量標(biāo)尺（114)，所述激光器（112)發(fā)射的光束經(jīng)光杠桿平面鏡 (113)反射后投射到所述測(cè)量標(biāo)尺（114)上。
3. 如權(quán)利要求1所述的光杠桿楊氏模量測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述測(cè)微儀（110)是螺旋 測(cè)微儀。
【文檔編號(hào)】G01N3/14GK203849114SQ201420296531
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月5日
【發(fā)明者】郭濤, 盛琛, 曹文娟, 裘平一, 張琳, 劉娜, 楊悅, 劉瀟 申請(qǐng)人:石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院