一种悬臂梁法测杨氏模量的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于杨氏模量测量技术领域，具体涉及一种悬臂梁法测杨氏模量的装置和方法，所述装置包括：底座、固定在所述底座上的第一支架、第二支架、固定件、从所述固定件一端引出的悬臂梁、设置在所述悬臂梁远离所述固定件一端的第一反射镜和砝码、设置在所述第一支架顶部的激光器、设置在所述第二支架顶部的第二反射镜、设置在所述底座处远离所述第一支架一端的第一标尺和第二标尺、测量所述第一标尺和所述第二标尺上光斑位置的采集模块，所述第一标尺水平放置，所述第二标尺竖直放置。本发明专利技术通过设置第一标尺和第二标尺根据光斑位置进行读数，减少了其他的必要测量值，简化了测量方案就可计算出杨氏模量，提高了效率。提高了效率。提高了效率。

【技术实现步骤摘要】
一种悬臂梁法测杨氏模量的装置和方法


[0001]本专利技术属于杨氏模量测量
，具体涉及一种悬臂梁法测杨氏模量的装置和方法。

技术介绍

[0002]固体材料的弹性模量又称杨氏模量，是弹性材料的一种最重要、最具特征的力学性质，它表征了物体弹性变形的难易程度，在工程设计中，弹性模量是选择构件材料的重要依据。在实验室施加的外力使材料产生的变形相当微小，难以用肉眼观察，同时过大的载荷又会使得材料发生变形，还必须要通过将微小变形放大的方法来测量。
[0003]测量弹性模量的方法有很多种，大致可分为动态法和静态法两类。动态法一般是通过测量试件的固有振动频率，或者测量声波在试件中传播的速度等参量来确定弹性模量；静态法一般是将试件直接拉伸或使其弯曲，然后测量其形变大小来确定弹性模量，因形变一般很小，故需要采取各种方法将形变转换、放大之后再进行测量，如常用的光杠杆放大、使用应变片将形变转换为电信号再放大等等，采用光杠杆放大的方式，需要计算光束的各个参数，公式推导较为复杂且测量的数据较多，对于计算出的杨氏模量的误差较大。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是：现有采用光杠杆放大方式计算杨氏模量需要测量的参数较多，误差较大。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种悬臂梁法测杨氏模量的装置，包括：底座、固定在所述底座上的第一支架、第二支架、固定件、从所述固定件一端引出的悬臂梁、设置在所述悬臂梁远离所述固定件一端的第一反射镜和砝码、设置在所述第一支架顶部的激光器、设置在所述第二支架顶部的第二反射镜、设置在所述底座处远离所述第一支架一端的第一标尺和第二标尺、测量所述第一标尺和所述第二标尺上光斑位置的采集模块，所述第一标尺水平放置，所述第二标尺竖直放置。
[0006]进一步的，所述底座为长方形板，所述底座的上表面靠近所述第一标尺的一侧开设有滑槽。
[0007]进一步的，所述第二标尺竖直固定在所述底座上。
[0008]进一步的，所述第二标尺的底端安装在所述滑槽内。
[0009]一种悬臂梁法测杨氏模量的方法，应用于上述的任一所述悬臂梁法测杨氏模量的装置；所述方法包括：
[0010]S1，测量悬臂梁的一端未加任何负载时，激光器发射出的光线依次投射到第一反射镜和第二反射镜上，然后在依次在第二标尺和第一标尺上留下光斑，测得第一标尺上的第一读数x0和第二标尺上的第二读数h0；
[0011]S2，根据测得第一标尺上的第一读数x0和第二标尺上的第二读数h0，代入预设的第一夹角公式；计算出光线在第二反射镜上形成的反射光线竖直轴线之间构成的锐角，作为
第一夹角α；
[0012]S3，测量悬臂梁的一端加入砝码质量为P的负载时，悬臂梁远离固定件的一端向下弯折的角度为θ，激光器发射出的光线依次投射到第一反射镜和第二反射镜上，然后在依次在第二标尺和第一标尺上留下光斑，测得第一标尺上的第三读数x1和第二标尺上的第四读数h1；
[0013]S4，根据计算得出的第一夹角α，第一标尺上的第三读数x1和第二标尺上的第四读数h1，代入预设的第二夹角公式，计算出光线在第二反射镜上形成的反射光线与竖直轴线之间构成的锐角，作为第二夹角(α
‑
2θ)；
[0014]S5，根据第一夹角α和第二夹角(α
‑
2θ)，代入预设的推导公式，计算出悬臂梁远离固定件的一端向下弯折的角度为θ；
[0015]S6，根据预设的杨氏模量公式计算得出该样品的杨氏模量E。
[0016]进一步的，S2中，所述预设的第一夹角公式为：
[0017]tanα＝x0÷
h0；
[0018]其中，α为光线在第二反射镜上形成的反射光线竖直轴线之间构成的锐角，x0为第一标尺上的第一读数，h0为第二标尺上的第二读数。
[0019]进一步的，S4中，所述预设的第二夹角公式为：
[0020]tan(α
‑
2θ)＝x1‑
h1；
[0021]其中，α为光线在第二反射镜上形成的反射光线竖直轴线之间构成的锐角，x1为第一标尺上的第三读数，h1为第二标尺上的第四读数。
[0022]进一步的，S5中，所述预设的推导公式为：
[0023][0024]其中，θ为悬臂梁远离固定件的一端向下弯折的角度，x0为第一标尺上的第一读数，h0为第二标尺上的第二读数，x1为第一标尺上的第三读数，h1为第二标尺上的第四读数。
[0025]进一步的，，S5中，所述预设的杨氏模量公式为：
[0026][0027]其中，E为样品的杨氏模量，L为悬臂梁加载负载位置到固定件的距离，P为单个砝码的重量，I为样品的截面惯性矩，K为测量数据拟合直线的斜率，x0为第一标尺上的第一读数，h0为第二标尺上的第二读数。
[0028]一种悬臂梁法测杨氏模量的系统，包括：
[0029]砝码采集模块，用于采集在悬臂梁的一端是否加入负载；
[0030]数据采集模块，当悬臂梁的一端未加任何负载时，采集第一标尺上的第一读数x0和第二标尺上的第二读数h0，当悬臂梁的一端加入砝码质量为P的负载时，采集第一标尺上的第三读数x1和第二标尺上的第四读数h1；
[0031]存储模块，用于存储预设的第一夹角公式，预设的第二夹角公式，预设的推导公式和预设的杨氏模量公式；
[0032]第一计算模块，用于将数据采集模块中的第一标尺上的第一读数x0和第二标尺上的第二读数h0，代入预设的第一夹角公式，计算出第一夹角α，并发送给第三计算模块；
[0033]第二计算模块，用于将数据采集模块中第一标尺上的第三读数x1和第二标尺上的第四读数h1，代入预设的第二夹角公式，计算出第二夹角(α
‑
2θ)，并发送给第三计算模块；
[0034]第三计算模块，用于根据第一夹角α和第二夹角(α
‑
2θ)，代入预设的推导公式，代入预设的推导公式，计算出悬臂梁远离固定件的一端向下弯折的角度为θ，并发送给第四计算模块；
[0035]第四计算模块，用于根据预设的杨氏模量公式计算得出该样品的杨氏模量E。
[0036]输出模块，用于输出第四计算模块中计算得出的该样品的杨氏模量E。
[0037]本专利技术的有益效果是：本专利技术的悬臂梁法测杨氏模量的装置和方法，在悬臂梁的一端通过加入不同的负载，通过激光器发射光线到悬臂梁的一端，经过第一反射镜上进行第一次反射，再经过第二反射镜进行第二次反射，再依次在第二标尺和第一标尺和上留下光斑，根据光斑的不同位置，能够计算出悬臂梁的杨氏模量，设置了第一标尺和第二标尺根据光斑位置进行读数，减少了其他的必要测量值，简化了测量方案就可计算出杨氏模量，提高了效率。
附图说明
[0038]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。
[0039]图1是根据本专利技术第一实施方式提供的悬臂梁法测杨氏模量的装置的结构示意图；
[0040]图2是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种悬臂梁法测杨氏模量的装置，其特征在于，包括：底座、固定在所述底座上的第一支架、第二支架、固定件、从所述固定件一端引出的悬臂梁、设置在所述悬臂梁远离所述固定件一端的第一反射镜和砝码、设置在所述第一支架顶部的激光器、设置在所述第二支架顶部的第二反射镜、设置在所述底座处远离所述第一支架一端的第一标尺和第二标尺、测量所述第一标尺和所述第二标尺上光斑位置的采集模块，所述第一标尺水平放置，所述第二标尺竖直放置。2.根据权利要求1所述的悬臂梁法测杨氏模量的装置，其特征在于，所述底座为长方形板，所述底座的上表面靠近所述第一标尺的一侧开设有滑槽。3.根据权利要求2所述的悬臂梁法测杨氏模量的装置，其特征在于，所述第二标尺竖直固定在所述底座上。4.根据权利要求2所述的悬臂梁法测杨氏模量的装置，其特征在于，所述第二标尺的底端安装在所述滑槽内。5.一种悬臂梁法测杨氏模量的方法，其特征在于，应用于权利要求1
‑
4中任一所述悬臂梁法测杨氏模量的装置，所述方法包括：S1，测量悬臂梁的一端未加任何负载时，激光器发射出的光线依次投射到第一反射镜和第二反射镜上，然后在依次在第二标尺和第一标尺上留下光斑，测得第一标尺上的第一读数x0和第二标尺上的第二读数h0；S2，根据测得第一标尺上的第一读数x0和第二标尺上的第二读数h0，代入预设的第一夹角公式；计算出光线在第二反射镜上形成的反射光线竖直轴线之间构成的锐角，作为第一夹角α；S3，测量悬臂梁的一端加入砝码质量为P的负载时，悬臂梁远离固定件的一端向下弯折的角度为θ，激光器发射出的光线依次投射到第一反射镜和第二反射镜上，然后在依次在第二标尺和第一标尺上留下光斑，测得第一标尺上的第三读数x1和第二标尺上的第四读数h1；S4，根据计算得出的第一夹角α，第一标尺上的第三读数x1和第二标尺上的第四读数h1，代入预设的第二夹角公式，计算出光线在第二反射镜上形成的反射光线与竖直轴线之间构成的锐角，作为第二夹角(α
‑
2θ)；S5，根据第一夹角α和第二夹角(α
‑
2θ)，代入预设的推导公式，计算出悬臂梁远离固定件的一端向下弯折的角度为θ；S6，根据预设的杨氏模量公式计算得出该样品的杨氏模量E。6.根据权利要求5所述的悬臂梁法测杨氏模量的方法，其特征在于，S2中，所述预设的第一夹角公式为：tanα＝x0÷
h0；其...

【专利技术属性】
技术研发人员：翦知渐，谢中，周艳明，周厚文，
申请(专利权)人：常州丰智测试科技有限公司，
类型：发明
国别省市：