[發(fā)明專利]基于瞬態(tài)激發(fā)的楊氏模量測(cè)量?jī)x

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710285836.4
• 申請(qǐng)日: 2017-04-27
• 公開（公告）號(hào): CN107091878B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程永進(jìn);唐輝明;熊中龍;馬沖;曹曉峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）
• 主分類號(hào): G01N29/04
• 分類號(hào): G01N29/04;G09B23/10
• 代理公司: 武漢知產(chǎn)時(shí)代知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42238
• 代理人: 曹雄

1.一種基于瞬態(tài)激發(fā)的楊氏模量測(cè)量?jī)x，包括樣品固定與應(yīng)力波激發(fā)裝置和數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)；其特征在于：所述樣品固定與應(yīng)力波激發(fā)裝置包括樣品固定裝置、固體樣品柱、小錘、第一速度傳感器、第二速度傳感器、第三速度傳感器和第四速度傳感器；所述固體樣品柱安裝在樣品固定裝置上，所述第一速度傳感器、第二速度傳感器、第三速度傳感器和第四速度傳感器分別設(shè)置在固體樣品柱的頂部、距固體樣品柱頂部的四分之一處和二分之一處以及底部，第一速度傳感器、第二速度傳感器、第三速度傳感器和第四速度傳感器分別通過振動(dòng)信號(hào)傳輸線與所述數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)連接；所述數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)包括濾波電路、精密差分放大器、信號(hào)采集開關(guān)電路、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換、微控制器以及相關(guān)的檢測(cè)、控制和信號(hào)處理軟件；所述濾波電路和精密差分放大器用于降低噪聲、提高測(cè)量信號(hào)的穩(wěn)定性；所述微控制器用于采集經(jīng)ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換的樣品振動(dòng)信號(hào)，并發(fā)往上位機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析計(jì)算；所述小錘用于敲擊樣品柱的上端面或下端面，觸發(fā)瞬態(tài)寬頻振動(dòng)信號(hào)，在固體樣品柱上產(chǎn)生應(yīng)力波，并形成各種模式的駐波，通過第一速度傳感器、第二速度傳感器、第三速度傳感器和第四速度傳感器測(cè)量各種駐波在固體樣品柱各處產(chǎn)生振動(dòng)的速度信號(hào)，并通過振動(dòng)信號(hào)傳輸線傳送到數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)；采用頻譜分析和振動(dòng)模式識(shí)別的方法可進(jìn)行多個(gè)相關(guān)模式頻率的測(cè)量，通過平均處理提高樣品振動(dòng)頻率的測(cè)量精度；若已知樣品介質(zhì)的密度r和長(zhǎng)度l，通過上述方法獲得樣品振動(dòng)的基頻f₁，則可由u＝2lf₁和E＝ru²分別計(jì)算應(yīng)力波在樣品介質(zhì)中的傳播速度和固體介質(zhì)的楊氏模量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于瞬態(tài)激發(fā)的楊氏模量測(cè)量?jī)x，其特征在于：所述樣品固定裝置包括三腳架、支撐桿和至少兩個(gè)固定環(huán)；所述三腳架放置在水平臺(tái)面或地面上，支撐桿通過螺紋豎直旋緊于三角架中心孔中，所述固定環(huán)將固體樣品柱沿豎直方向固定于三角架的支撐桿上。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于瞬態(tài)激發(fā)的楊氏模量測(cè)量?jī)x，其特征在于：所述固定環(huán)的一端固定在支撐桿上，另一端由環(huán)狀金屬薄片柔性地與固體樣品柱相連，使固體樣品柱能夠穩(wěn)定地處于豎直懸空狀態(tài)，保證固體樣品柱處于自由振動(dòng)狀態(tài)，便于多種振動(dòng)模式的激發(fā)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于瞬態(tài)激發(fā)的楊氏模量測(cè)量?jī)x，其特征在于：所述固體樣品柱的頂部、距固體樣品柱頂部的四分之一處和二分之一處以及底部分別固定有共振延展架，這些共振延展架的延展平面上從上而下分別安裝第一速度傳感器、第二速度傳感器、第三速度傳感器和第四速度傳感器；所述共振延展架平面的振動(dòng)可認(rèn)為與固體樣品柱在該點(diǎn)的垂直振動(dòng)是一致的，固定在共振延展架的延展平面上的速度傳感器可測(cè)量固體樣品柱在該點(diǎn)的垂直振動(dòng)速度。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于瞬態(tài)激發(fā)的楊氏模量測(cè)量?jī)x，其特征在于：所述數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)集裝在一個(gè)獨(dú)立箱體內(nèi)，箱體前面板上有四個(gè)振動(dòng)信號(hào)輸入端口和一個(gè)USB輸出接口；所述第一速度傳感器、第二速度傳感器、第三速度傳感器和第四速度傳感器分別通過振動(dòng)信號(hào)傳輸線連接于所述數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的振動(dòng)信號(hào)輸入端口；所述數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)通過其USB輸出接口與上位機(jī)連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于瞬態(tài)激發(fā)的楊氏模量測(cè)量?jī)x，其特征在于：所述小錘是尼龍圓頭小錘。