[實(shí)用新型]共振法楊氏模量測(cè)量?jī)x

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201220681717.3
• 申請(qǐng)日: 2012-12-11
• 公開（公告）號(hào): CN202939158U
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張海濤;王啟銀;劉傳穎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山西省電力公司大同供電分公司;國(guó)家電網(wǎng)公司
• 主分類號(hào): G01N29/04
• 分類號(hào): G01N29/04;G09B23/10
• 代理公司: 北京天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11386
• 代理人: 王宇楊;胡時(shí)冶

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，具體指利用共振法法測(cè)定金屬絲的楊氏模量的實(shí)驗(yàn)儀，屬于物理實(shí)驗(yàn)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

楊氏模量是固體材料的重要力學(xué)參量，它標(biāo)志者材料抵抗力產(chǎn)生拉伸（或壓縮）形變的能力，是選擇機(jī)械構(gòu)件材料的依據(jù)之一。測(cè)定楊氏模量的方法有靜態(tài)拉伸法和動(dòng)力學(xué)共振法。前者常用于大形變、常溫下的測(cè)量。但由于靜態(tài)拉伸法載荷大，加載速度慢，有馳豫過(guò)程，而不能真實(shí)地反應(yīng)材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，它既不適用于對(duì)脆性材料的測(cè)量，也不能測(cè)量材料在不同溫度時(shí)的楊氏模量。動(dòng)力學(xué)共振法不僅克服了前者的缺陷，而且更具有實(shí)用價(jià)值。?

測(cè)出共振頻率，將試樣的質(zhì)量、長(zhǎng)度、截面直徑等物理參數(shù)代入相應(yīng)的公式可以計(jì)算出材料的楊氏模量。?

Y=1.6067×L3md4f2]]>

式中，L為棒長(zhǎng)，m為棒的質(zhì)量，d為棒的直徑，f為棒的固有頻率。則本實(shí)驗(yàn)的主要問(wèn)題就是測(cè)量式樣的固有頻率。?

目前共振法測(cè)試儀測(cè)量中不足之處在于:實(shí)驗(yàn)裝置中有兩個(gè)傳感器，一個(gè)激振器，一個(gè)拾振器。激振器作為輸入信號(hào)，還需要配備信號(hào)發(fā)生器和數(shù)字頻率計(jì)，儀器過(guò)多導(dǎo)致儀器自身誤差過(guò)大，自然對(duì)于該系統(tǒng)最后的輸出造成較大的影響。?

發(fā)明內(nèi)容

實(shí)用新型內(nèi)容?

本實(shí)用新型旨在改進(jìn)共振法楊氏模量測(cè)定儀，簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)裝置，可以方便、準(zhǔn)確的測(cè)量棒料的固有頻率和楊氏模量。不同材料、不同尺寸和不同形狀的剛體，若被撞擊，發(fā)出撞擊聲的頻率各不相同，它反映了剛體的固有動(dòng)態(tài)特性被撞擊發(fā)出的撞擊聲頻率與待測(cè)剛體的固有頻率相同，因此可以通過(guò)測(cè)量撞擊聲頻率來(lái)測(cè)量剛體的固有頻率。物體固有頻率與它的硬度、質(zhì)量、外形尺寸有關(guān)。一截面積不變，材料密度和彈性常數(shù)均勻且沒(méi)有機(jī)械損耗的細(xì)棒，當(dāng)沿軸向施以激發(fā)力時(shí)，棒中將產(chǎn)生縱波，當(dāng)棒的橫向尺寸與其長(zhǎng)度相比甚小時(shí)，棒中的縱波是平面縱波，截面上各質(zhì)點(diǎn)作等幅同相振動(dòng)，被撞擊發(fā)出的撞擊波頻率就是其固有頻率。?

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：一種共振法楊氏模量測(cè)量?jī)x，其主要由待測(cè)棒料、壓電式加速度傳感器、電荷放大器、數(shù)字信號(hào)處理芯片和計(jì)算機(jī)組成；刀口置于待測(cè)棒料的節(jié)點(diǎn)處，并且壓電式加速度傳感器接觸待測(cè)棒料的一端，壓電式加速度傳感器的輸出端與電荷放大器的輸入端電連接，電荷放大器的輸出端與數(shù)字信號(hào)處理芯片電連接，而數(shù)字信號(hào)處理芯片與計(jì)算機(jī)電連接。?

測(cè)量時(shí)，敲擊待測(cè)棒料的另一端，當(dāng)壓電式加速度傳感器感受到振動(dòng)時(shí)，由其輸出端將輸出電量輸送至電荷放大器。從而電荷放大器輸出與加速度成一定比例關(guān)系的電壓信號(hào)。此電壓信號(hào)再接入高精度快速數(shù)字信號(hào)處理芯片DSP，將模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)，變成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的信號(hào)。計(jì)算機(jī)對(duì)接收到的振幅信號(hào)進(jìn)行分析計(jì)算，篩選出振幅最大的波形對(duì)應(yīng)的頻率，該頻率就是共振頻率。在基頻條件下，由于共振頻率和固有頻率相差很小，所以固有頻率在數(shù)值上可以用共振頻率替代。?

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的共振法楊氏模量測(cè)量?jī)x的示意圖。?

其中附圖標(biāo)記分別代表：1.待測(cè)棒料，2.壓電式加速度傳感器，3.電荷放大器，4.DSP，5.計(jì)算機(jī)，6.刀口。?

具體實(shí)施方式

一種共振法楊氏模量測(cè)量?jī)x，其主要由待測(cè)棒料、壓電式加速度傳感器、電荷放大器、數(shù)字信號(hào)處理芯片和計(jì)算機(jī)組成；刀口置于待測(cè)棒料的節(jié)點(diǎn)處，并且壓電式加速度傳感器接觸待測(cè)棒料的一端，壓電式加速度傳感器的輸出端與電荷放大器的輸入端電連接，電荷放大器的輸出端與數(shù)字信號(hào)處理芯片電連接，而數(shù)字信號(hào)處理芯片與計(jì)算機(jī)電連接。?

測(cè)量時(shí)，敲擊待測(cè)棒料的另一端，當(dāng)壓電式加速度傳感器感受到振動(dòng)時(shí)，由其輸出端將輸出電量輸送至電荷放大器。從而電荷放大器輸出與加速度成一定比例關(guān)系的電壓信號(hào)。此電壓信號(hào)再接入高精度快速數(shù)字信號(hào)處理芯片DSP，將模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)，變成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的信號(hào)。計(jì)算機(jī)對(duì)接收到的振幅信號(hào)進(jìn)行分析計(jì)算，篩選出振幅最大的波形對(duì)應(yīng)的頻率，該頻率就是共振頻率。在基頻條件下，由于共振頻率和固有頻率相差很小，所以固有頻率在數(shù)值上可以用共振頻率替代。?