光槓桿楊氏模量測量儀的製作方法
2023-10-28 10:18:32 1
光槓桿楊氏模量測量儀的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種光槓桿楊氏模量測量儀，在垂直立於底座上的支撐杆中部設置有測量平臺，所述測量平臺設置有垂直放置的光槓桿平面鏡，用於投射雷射到所述平面鏡的雷射器，還設置有測微儀孔和夾具孔。測量前先將與光槓桿平面鏡背面相連的第三支腳置於測微儀孔，調節測微儀移動一個微小的可測量距離同時獲得測量標尺上的讀數，確定出系統的放大倍數。測量時將與光槓桿平面鏡背面相連的第三支腳置於夾具孔的鑽頭夾上表面，獲得測量標尺上的讀數，根據放大倍數從而確定出金屬線伸長量，最終獲得楊氏模量。本實用新型的光槓桿楊氏模量測量儀結構簡單，測量簡便。
【專利說明】光槓桿楊氏模量測量儀
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及測量【技術領域】，尤其涉及一種光槓桿楊氏模量測量儀。
【背景技術】
[0002] 微小位移量的測量，在工程、材料、精密機械、自控等很多領域有著重要的應用，普 物實驗教學中，主要是通過測量金屬的楊氏模量、固體的線膨脹係數等實驗來讓學生掌握 其測量方法的。傳統的測量方法，主要是使用光槓桿和尺度望遠鏡，其概念清楚，結構簡單。 但光槓桿光路調節對學生來說有一定難度，非常浪費時間。
[0003] 楊氏模量是描述固體材料抵抗形變能力的物理量。楊氏模量是選定機械零件材料 的依據之一，是工程技術設計中常用的參數。例如，一條長度為L、截面積為S的金屬絲在 力F作用下伸長Λ L，將F/S定義為應力，其物理意義是該金屬絲單位截面積上的恢復力； 將Λ L/L定義為應變，其物理意義是金屬絲單位長度所對應的伸長量。進一步地，我們定義 楊氏彈性模量Ε，楊氏彈性模量Ε在數值上等於產生單位應變時的應力，它的單位是與應力 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，取決於材料的組成。 對於直徑為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表示金屬絲的長度、d表示金屬絲的直徑、Λ L表示金屬絲的伸長量，L、d、 Λ L是需要通過測量得到的參數。從公式1可以看出，若要實現楊氏模量的精確測量，就需 要分別對L、d、AL三個參數實現精密測量，其中尤其是金屬絲的伸長量作為一個微小位移 量，其精確度會影響楊氏模量測量精度。
[0006] 但是，傳統的光槓桿測量裝置需要藉助望遠鏡進行複雜的光學調節，才能達成測 量任務，因此如何利用一種簡單裝置，實現簡便快速的光槓桿楊氏模量的測量，成為需要解 決的技術問題。 實用新型內容
[0007] 本實用新型所要解決的技術問題在於，提供一種光槓桿楊氏模量測量儀，用於簡 便快速的實現光槓桿楊氏模量測量。
[0008] 為了解決上述問題，本實用新型提出了一種光槓桿楊氏模量測量儀，包括底座 101，垂直立於底座101上的支撐杆102AU02B，位於支撐杆102AU02B頂部的頂部平臺 103,位於支撐杆102AU02B中部的測量平臺104，
[0009] 所述測量平臺104開設有夾具孔108,所述夾具孔108具有用於固定金屬線的鑽頭 夾，所述頂部平臺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並由鑽頭夾夾住固定，所述金屬線105的另一端連接有一掛環106,一帶掛鈎的砝碼 盤107通過掛鈎與所述掛環106連接；
[0010] 所述測量平臺104設置有垂直放置的光槓桿平面鏡113,所述光槓桿平面鏡113具 有三個支腳，其中第一、第二支腳位於光槓桿平面鏡113下方，第三支腳113C的一端與光槓 杆平面鏡113背面相連而另一端則置於所述夾具孔108的鑽頭夾夾具上表面；
[0011] 所述測量平臺104設置有測微儀孔109,所述測微儀孔109與所述夾具孔108形成 的連線與光槓桿平面鏡113平行；
[0012] 所述測量平臺104設置有雷射器112,用於發射雷射到所述光槓桿平面鏡113 ;
[0013] 所述支撐杆102A在位於所述測量平臺104下方的位置上設有固定夾111，所述固 定夾111用於一端固定在支撐杆上，另一端用於固定一測微儀110,所述測微儀110的測杆 插入到所述測微儀孔109。所述測微儀110是螺旋測微儀。
[0014] 所述的光槓桿楊氏模量測量儀，還包括位於垂直放置的遠離測試底座101的測量 標尺114,所述雷射器112發射的光束經光槓桿平面鏡113反射後投射到所述測量標尺114 上。
[0015] 本實用新型的光槓桿楊氏模量測量儀，在通過調節測微儀獲得放大倍數之後，由 於測量時可以獲得雷射點在遠處測量標尺上的移動距離，從而通過所確定的放大倍數可以 得到金屬絲形變的微小位移量。應用本實用新型的光槓桿楊氏模量測量儀，不需要再測量 光槓桿常數和光槓桿平面鏡與測量標尺之間的距離。可以更加方便計算出金屬絲伸長量， 即可得到楊氏模量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 圖1為本實用新型的光槓桿楊氏模量測量儀的後視圖；
[0017] 圖2為本實用新型的光槓桿楊氏模量測量儀的測量平臺的俯視圖；
[0018] 圖3為本實用新型的光槓桿楊氏模量測量儀的測量原理示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，以下結合附圖對本實用新型 作進一步地詳細說明。
[0020] 如圖1所示，給出了本實用新型的光槓桿楊氏模量測量儀的後視圖，包括底座 101，垂直立於底座101上的支撐杆102AU02B，位於支撐杆102AU02B頂部的頂部平臺 103,位於支撐杆102AU02B中部的測量平臺104，
[0021] 所述測量平臺104上開設有夾具孔108,所述夾具孔108具有用於固定金屬線的鑽 頭夾，所述頂部平臺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並由鑽頭夾夾住固定，所述金屬線105的另一端連接有一掛環106,一帶掛鈎的砝 碼盤107通過掛鈎與所述掛環106連接；
[0022] 所述測量平臺104設置有垂直放置的光槓桿平面鏡113,所述光槓桿平面鏡113具 有三個支腳，其中第一、第二支腳位於光槓桿平面鏡113下方，第三支腳113C的一端與光槓 杆平面鏡113背面相連而另一端則置於所述夾具孔108的鑽頭夾夾具上表面；
[0023] 所述測量平臺104設置有測微儀孔109,所述測微儀孔109與所述夾具孔108形成 的連線與光槓桿平面鏡113平行；
[0024] 所述測量平臺104設置有雷射器112,用於發射雷射到所述光槓桿平面鏡113 ;
[0025] 所述支撐杆102A在位於所述測量平臺104下方的位置上設有固定夾111，所述固 定夾111的一端固定在支撐杆上，另一端用於固定一測微儀110,所述測微儀110的測杆插 入到所述測微儀孔109。
[0026] 如圖2所示，進一步給出了所述測量平臺104的俯視圖，其中通孔102A'用於穿過 支撐杆102A，102B'用於穿過支撐杆102B，所述測量平臺104通過該兩個通孔固定在支撐杆 上。所述測微儀孔109和所述夾具孔108可位於通孔102A'，102B'之間，並與該兩個通孔 位於一條直線上。
[0027] 測量時，所述光槓桿平面鏡113的第三支腳113C位於所述夾具孔108的鑽頭夾的 上表面，在金屬線被拉伸後發生微小位移量後，該鑽頭夾上表面會隨金屬線在砝碼盤作用 下向下發生移動，從而該第三支腳113C也隨之下移，從而導致光槓桿平面鏡113的仰角發 生如圖3所示的偏移量Θ，雷射器發射的光束通過光槓桿平面鏡113反射後則發生偏移量 2 Θ後投射到遠處的測量標尺114上，通過記錄偏移前後的光斑在測量標尺上的讀數，可以 獲知其偏移對應的投射偏移長度值。
[0028] 在測量之前，可先利用測微儀校準放大倍數，將光槓桿平面鏡113的第三支腳 113C平移至測微儀孔109,使之立於測微儀的測杆的上表面上，使測杆上下移動一個小的 距離（例如〇. 500mm)然後測量雷射點在遠處測量標尺114上的移動距離，從而確定該光槓 杆楊氏模量測量儀的放大倍數。所述測微儀110是螺旋測微儀。
[0029] 在獲得放大倍數之後，由於測量時可以獲得雷射點在遠處測量標尺114上的移動 距離，從而可以得到金屬絲形變的微小位移量。
[0030] 應用本實用新型的光槓桿楊氏模量測量儀，不需要再測量光槓桿常數和光槓桿平 面鏡110與測量標尺114之間的距離。可以更加方便計算出金屬絲伸長量，即可得到楊氏 模量。
[0031] 以上所述僅為本實用新型的實施例而已，並不用於限制本實用新型，對於本領域 的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內， 所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的權利要求範圍之內。
【權利要求】
1. 一種光槓桿楊氏模量測量儀，其特徵在於，包括底座（101)，垂直立於底座（101) 上的支撐杆（102AU02B)，位於支撐杆（102AU02B)頂部的頂部平臺（103)，位於支撐杆 (102AU02B)中部的測量平臺（104); 所述測量平臺（104)開設有夾具孔（108)，所述夾具孔（108)具有用於固定金屬線的鑽 頭夾，所述頂部平臺（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)並由鑽頭夾夾住固定，所述金屬線（105)的另一端連接有一掛環（106)， 一帶掛鈎的砝碼盤（107)通過掛鈎與所述掛環（106)連接； 所述測量平臺（104)設置有垂直放置的光槓桿平面鏡（113)，所述光槓桿平面鏡（113) 具有三個支腳，其中第一、第二支腳位於光槓桿平面鏡（113)下方，第三支腳（113C)的一端 與光槓桿平面鏡（113)背面相連而另一端則置於所述夾具孔（108)的鑽頭夾夾具上表面； 所述測量平臺（104)設置有測微儀孔（109)，所述測微儀孔（109)與所述夾具孔（108) 形成的連線與光槓桿平面鏡（113)平行； 所述測量平臺（104)設置有雷射器（112)，用於發射雷射到所述光槓桿平面鏡（113); 所述支撐杆（102A)在位於所述測量平臺（104)下方的位置上設有固定夾（111)，所 述固定夾（111)用於一端固定在支撐杆上，另一端用於固定一測微儀（110)，所述測微儀 (110)的測杆插入到所述測微儀孔（109)。
2. 如權利要求1所述的光槓桿楊氏模量測量儀，其特徵在於，還包括位於垂直放置 的遠離測試底座（101)的測量標尺（114)，所述雷射器（112)發射的光束經光槓桿平面鏡 (113)反射後投射到所述測量標尺（114)上。
3. 如權利要求1所述的光槓桿楊氏模量測量儀，其特徵在於，所述測微儀（110)是螺旋 測微儀。
【文檔編號】G01N3/14GK203849114SQ201420296531
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月5日 優先權日:2014年6月5日
【發明者】郭濤, 盛琛, 曹文娟, 裘平一, 張琳, 劉娜, 楊悅, 劉瀟 申請人:石家莊經濟學院