[實用新型]微機型CCD楊氏模量測試儀

無效

• 申請號: 200620036094.9
• 申請日: 2006-10-30
• 公開（公告）號: CN200989867Y
• 公開（公告）日: 2007-12-12
• 發明（設計）人: 楊濤;劉慶華;郭景貴;楊云
• 申請（專利權）人: 楊濤
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00;G01N21/84;G01B11/16
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司
• 代理人: 歐陽波

(一)技術領域：

本實用新型涉及一種CCD楊氏模量測試儀，具體說是一種微機型CCD楊氏模量測試儀。

(二)背景技術：

楊氏模量是指：在物體的彈性限度內，當物體受外力作用時，均會發生彈性形變；發生彈性形變時，物體內部產生恢復原狀的內應力。它是反映材料抵抗變形能力的物理量，在工程上作為選擇材料的依據之一，是工科院校物理實驗的重點實驗之一。

設金屬絲的橫截面積為S，原長為L₀，沿其長度方向施加拉力F，金屬絲的伸長量為ΔL，根據胡克定律，在彈性限度內，應力F/S應與應變ΔL/L₀成正比：F/S＝E(ΔL/L₀)，公式變形為：E＝F?L₀/SΔL。

E稱為材料的彈性模量，它是表征材料本身性質的物理量之一，E越大，則它發生一定的相對形變所需的橫截面上的作用力也越大。將上式進一步整理成：E＝4F?L₀/πd²ΔL₀其中d為被測金屬絲的直徑，采用國際單位制時，彈性模量E的單位為N/m²或Pa。

由于一般金屬絲樣品的E較大，因此伸長量ΔL較小，不易直接測量。因此解決金屬絲樣品伸長量的測量是楊氏模量測量的關鍵。

金屬絲楊氏模量的測量是工科院校物理實驗的重點實驗之一，其測量方法一般有兩種：光杠桿法和靜態CCD測量法。下面分別敘述各個方法及其不足之處。

1、光杠桿法：金屬絲楊氏模量的測量實驗中，對金屬絲伸長量的測量常采用光杠桿的方法，這種測量方法是利用望遠鏡、平面鏡組成的幾何光路對被測物體的伸長量進行放大，光杠桿法測試儀的不足之處在于：

①、儀器笨重。由于光杠桿放大倍數有限，所加砝碼重，儀器支架要求重心低，穩定性要求高。

②、占地面積大。為了達到光杠桿的放大倍數，望遠鏡與光杠桿的距離要求在1.2米～1.9米之間。

③、光路調節困難。由于采用望遠鏡反射式讀數，要準確達到光路調節比較困難。

④、實驗結果誤差大。實驗中由于引用tgθ≈θ，tg2θ≈2θ的理論近似和光學器件的視覺誤差，理論誤差較大；同時，由于加砝碼后被測金屬絲不易停止振動，讀數誤差較大；再者，在實驗中需要測量的物理量較多，引入的誤差分量較多，使實驗精度低。

⑤、技術含量低。整個實驗幾乎不包含現代先進的測量手段和方法。

2、靜態CCD測量法：這是一種較先進的測量方法，該方法在被測金屬絲的下端固定連接方框側面上安裝一個十字叉絲板，通過顯微鏡觀察，并在顯微鏡筒內安裝一個分度為0.05mm的光學刻度板，然后在顯微鏡目鏡后方安裝Video?Ccd?Camera，調節顯微鏡的位置和目鏡，使鏡筒內的刻度與十字叉絲板上的十字叉絲重合且清晰，再調節Video?Ccd?Camera的位置、焦距和光圈，使其刻度與十字叉絲清楚地在視頻顯示器上進行顯示。靜態CCD測量法的不足之處在于：

①、刻度顯示調節困難。前端顯微鏡調節比較容易，但在顯微鏡與Video?Ccd?Camera相配合的調節上比較困難，不容易在視頻顯示器獲得清晰的刻度和叉絲。

②、顯示可視性差。雖然利用了CCD傳感器，但從光信號轉化為電信號后，一直是模以信號，因此視頻顯示清晰度較差；叉絲在顯示器上的顯示還受到外界光強的影響。

③、穩定性差。由于被測金屬絲振動停止時間長，所以視頻顯示中的十字叉絲容易抖動，而且在加砝碼后叉絲又容易傾斜；承放儀器的桌面或儀器的輕微抖動都會引起顯示器中叉絲抖動，因此測量受外界干擾大，穩定性差。

④、數據可信度低。叉絲與刻度經過顯微鏡放大后，在顯示器上顯示的刻度較寬，讀數只能估計大概位置，精度較低，數據的可信度低。

⑤、數據可處理性差。由于終端數據仍是模以信號，所以數據處理一般采用傳統方法處理，不能有效引進先進的數據處理與顯示功能。

(三)實用新型內容：

本實用新型的技術解決方案是提供了一種能夠降低光路調節難度、實現數據終端數字化、增強顯示可視性、提高數據的可信度、提高儀器的穩定性、增強數據可處理性的微機型CCD楊氏模量測試儀。

能夠解決上述技術問題的微機型CCD楊氏模量測試儀，包括被測金屬絲下端固定框上的感光體、獲得感光體光信號的光學器件、對光信號進行處理的轉換、顯示裝置，所不同的是：感光體為水平橫拉在固定框內的遮擋細絲，光學器件選用激光器，轉換、顯示裝置包括線陣CCD接收器、A/D數據轉化器和計算機；其中

1、激光器處于固定框的一側，激光器的激光頭水平正對著遮擋細絲。