[發明專利]基于光柵衍射的楊氏模量微小伸長量測量裝置及測量方法

有效

• 申請號: 201710024137.4
• 申請日: 2017-01-13
• 公開（公告）號: CN106908325B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 常相輝;劉其軍;樊代和;周賢永;賈欣燕;宋世軍;魏云;牟茁;孟赟
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01N3/14
• 分類號: G01N3/14;G01B11/02;G01B11/26
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙) 51227
• 代理人: 周永宏;王偉

本發明公開了一種基于光柵衍射的楊氏模量微小伸長量測量裝置，包括豎直設置的支架，支架上設有轉軸，轉軸上設有均可繞轉軸轉動的轉動臂和光柵；轉動臂上設有平行光源，支架上設有用于觀察光柵衍射光的望遠鏡，望遠鏡和平行光源分別位于光柵兩側，平行光源發出的光線指向光柵；轉動臂與試件下端相連，試件上端固定；光柵與游標轉盤相連，游標轉盤可隨著光柵一起轉動，支架上設有刻度盤，游標轉盤和刻度盤配合可讀取光柵的轉動角度。本發明還提供一種基于光柵衍射的楊氏模量微小伸長量測量方法，運用光柵衍射原理測量楊氏模量的微小伸長，可提高放大倍數，降低實驗的操作難度。

技術領域

本發明屬于楊氏模量測量技術領域，具體涉及一種基于光柵衍射的楊氏模量微小伸長量測量裝置及測量方法。

背景技術

長度為L、截面積為S的金屬絲在力F作用下伸長ΔL時，F/S叫應力，其物理意義是金屬絲單位截面積所受到的力；ΔL/L叫應變，其物理意義是金屬絲單位長度所對應的伸長量。應力與應變的比叫楊氏彈性模量。

測量楊氏模量是大學物理實驗的重要實驗，大學物理實驗室通常采用常采用靜態拉伸法進行測量金屬鋼絲的楊氏模量。大多數高校在實驗中均選用光杠桿法來進行微小量ΔL的測量，光杠桿測量有如下缺點：(1)光杠桿距離望遠鏡距離約為1m，這樣就導致測量過程不方便，學生在實驗當中一方面要到鋼絲前加載/減載砝碼，另一方面要到望遠鏡后讀取示數。(2)放大倍數低：光杠桿的放大倍數通常為三十到四十倍數量級，即可以將10^-4m數量級的微小伸長量放大到可測的mm數量級。

發明內容

本發明的目的是解決上述問題，提供一種操作簡單、放大倍數更大的楊氏模量微小伸長量測量裝置及測量方法。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種基于光柵衍射的楊氏模量微小伸長量測量裝置，包括豎直設置的支架，支架上設有轉軸，轉軸上設有均可繞轉軸轉動的轉動臂和光柵；轉動臂上設有平行光源，支架上設有用于觀察光柵衍射光的望遠鏡，望遠鏡和平行光源分別位于光柵兩側，平行光源發出的光線指向光柵；

轉動臂與試件下端相連，試件上端固定；光柵與游標轉盤相連，游標轉盤可隨著光柵一起轉動，支架上設有刻度盤，游標轉盤和刻度盤配合可讀取光柵的轉動角度。

優選地，所述支架下端與底座相連，支架下端一側設有齒板，底座上設有與齒板配合的調節齒輪。

優選地，所述底座上設有用于固定調節齒輪的固定螺釘。

優選地，所述轉動臂與連接件可轉動連接，試件下端穿過連接件與掛鉤相連。

優選地，所述游標轉盤上設有兩個游標，兩個游標設于游標轉盤上相隔180度的對稱位置。

優選地，所述光柵通過定位螺釘安裝在固定夾片上，固定夾片與轉軸可轉動連接。

優選地，所述固定夾片可通過鎖死螺釘與轉軸固定。

本發明提供一種基于光柵衍射的楊氏模量微小伸長量測量方法，包括以下步驟：

S1、調節游標轉盤，使光柵平面垂直于水平面，打開平行光源，調整望遠鏡，使零級衍射光與望遠鏡視野中的橫向叉絲重合，記下此時游標轉盤相隔180度對稱位置兩個游標的讀數α₁和α₂；

S2、調整轉動臂，使第k級衍射光與望遠鏡視野中的橫向叉絲重合，此時轉動臂與水平位置的夾角為使試件處于伸張狀態，上端固定，下端與轉動臂相連；

S3、使用拉力計在試件下端加載一個砝碼，轉動臂將在原來的基礎上增加Δθ角度，望遠鏡視野中第k級衍射光將偏離橫向叉絲位置；