[發明專利]邁克爾遜干涉法測量細絲楊氏模量的裝置及方法

無效

• 申請號: 201310046042.4
• 申請日: 2013-02-06
• 公開（公告）號: CN103115896A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 楊桂娟;胡玉才;鄭鑫怡;任懷學;李天祥;王寶寧
• 申請（專利權）人: 大連海洋大學
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45
• 代理公司: 大連非凡專利事務所 21220
• 代理人: 田和穗

技術領域

本發明涉及一種利用物理光學方法測量材料力學參數的實驗裝置，特別是一種利用邁克爾遜干涉法測量細絲楊氏模量的裝置及方法。

背景技術

邁克爾遜干涉儀是利用分振幅法產生雙光束以實現干涉，主要研究的是光的精細結構和長度標準的校準，存在有兩條光路，可測波長、空氣折射率、可以用來測量微小位移。

楊氏模量是表征在彈性限度內物質材料抗拉或抗壓的物理量，它是沿縱向的彈性模量。楊氏彈性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。測量楊氏模量的方法一般有拉伸法、梁彎曲法、振動法、內耗法等。高等院校物理實驗中楊氏模量主要的測量方法是光杠桿法。光杠桿法測量裝置主要由望遠鏡、支架、細絲固件、小反射平面鏡、標尺、砝碼、螺旋測微計、游標卡尺、米尺等構成。測量過程中需要調節光路，使觀測者從望遠鏡能清晰的看到標尺的像。然后逐漸加砝碼，使細絲被拉長，通過細絲伸長的微小長度、小反射平面鏡轉過的角度及望遠鏡像中標尺讀數差的關系帶入公式，得到細絲的彈性模量。該種傳統的測量方法有以下缺點：通過鏡子看標尺時,反射的像難以調節，將非豎直光路近似看成是同一豎直的光路，會產生誤差；通過望遠鏡看標尺讀數，標尺的精度低，產生誤差。因此現在需要一種能夠解決上述問題的新的測細絲楊氏模量的方法或裝置。

發明內容

本發明是為了解決現有技術所存在的上述不足，提出一種結構簡單，設計巧妙，利用邁克爾遜干涉法對細絲的楊氏模量進行測量，測量結果精確，且適合于多種不同材質細絲的測量裝置及方法。

本發明的技術解決方案是：一種邁克爾遜干涉法測量細絲楊氏模量的裝置，其特征在于：所述的裝置包括激光器1、擴束鏡2和相互垂直的第一導軌3、第二導軌4，在第一導軌3和第二導軌4的交界處設置有分光板G，并且分光板G與兩個導軌均成45度角設置，在第一導軌3上滑動設置有第一鏡座5，第二導軌4上滑動設置有第二鏡座6，在第一鏡座5和第二鏡座6上分別設置有平面反射鏡M₁和平面反射鏡M₂，并且平面反射鏡M₁和平面反射鏡M₂的背面還設置有調節螺釘，在第一導軌3的靠近分光板G的一端設置有固定架7，待測細絲10的一端固定在固定架7上，待測細絲10的另一端則固定在第一鏡座5上，第一鏡座5還與第一牽引繩8連接，第一牽引繩8的另一端通過拉力計9與第二牽引繩11連接，而第二牽引繩11的另一端則纏繞在設置在第一導軌3末端的定滑輪12上，在分光板G相對于第一導軌3的對側，還設置有毛玻璃觀察屏13。

一種利用如上所述的裝置進行邁克爾遜干涉法測量細絲楊氏模量的方法，其特征在于：所述的方法按照以下步驟進行：

a、將長度為L，直徑為d的待測細絲10的兩端分別固定在固定架7和第一鏡座5上，旋轉定滑輪12，使待測細絲10伸直，

b、調整平面反射鏡M₂的位置，使M₂到分光板G中心的距離與平面反射鏡M₁到分光板G中心的距離大致相同，

c、調節光路，使干涉圓環的環心出現在毛玻璃觀察屏13視場的中央，此時平面反射鏡M₁和平面反射鏡M₂相互垂直，

d、細調平面反射鏡M₂的位置，使在毛玻璃觀察屏13上觀察到的干涉圓條紋疏密、亮度合適，便于記錄干涉條紋的變化個數，

e、緩慢地勻速轉動定滑輪12，讓第二牽引繩11在定滑輪12上勻速纏繞，第一牽引繩8拉動平面反射鏡M₁在第一導軌3上緩慢地勻速滑動，使待測細絲10伸長，當毛玻璃觀察屏13上有干涉條紋的“涌出”或“陷入”現象后，記錄拉力計9的讀數F₁，繼續相同方向緩慢地勻速轉動定滑輪12，觀察并記錄“涌出”或“陷入”干涉條紋的個數N，并記錄變化N個條紋后拉力計9的度數F₂，

f、激光的波長為λ，將上述的F₁、F₂、N、L、d和λ代入公式：

求得待測細絲10的楊氏模量。

本發明同現有技術相比，具有如下優點：