CN101285748A - 单缝衍射杨氏模量测量仪 - Google Patents

单缝衍射杨氏模量测量仪 Download PDF

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汪仕元
黄建群
胡再国
雍志华
李娟�
梁雅庭
穆万军
陈俏旭
万源
刘莎杉
欧阳宇轩
罗若桐
陈琦
江志洋
武睿
张睿
谢可馨
杨驰
张天行
李慕
贺春兰
宋博雅
张帅
惠博
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Abstract

一种单缝衍射杨氏模量测量仪，主要由上横梁、立柱、底座、待测丝、单缝上下刀口、激光器和衍射屏组成，其特征是两根立柱由上横梁和底座固定，待测丝由待测丝紧固螺钉固定在上横梁上，单缝平台固定在立柱的中部，单缝上刀口和激光器固定在单缝平台下，单缝下刀口由锁紧螺钉锁定在待测丝上，半导体激光器的光束正对单缝上下刀口之间的缝隙(称为单缝)，衍射屏放在离单缝一米以外的激光光路上。当激光束穿过单缝后其衍射光斑出现在衍射屏上，根据单缝衍射的物理原理，测出衍射光斑宽度的变化量就可计算出单缝宽度的变化量并进而精确地测量出待测丝的杨氏模量。

Description

单缝衍射杨氏模量测量仪
所属技术领域
本发明涉及物理光学的单缝衍射和材料杨氏模量测量领域(杨氏弹性模量，简称杨氏模量，是材料强度性能的一个专用名词)
背景技术：
固体材料的杨氏模量是一个很重要的物理机械性能，如何准确测量杨氏模量对于工程设计和机械制造具有非常重要的意义。
测量固体材料杨氏模量的方法有拉伸法、弯曲法、振动法、内耗法等，在大中专学校的物理实验中常采用拉伸法测量固体材料的杨氏模量。拉伸法测量杨氏模量的优点在于直观，被测材料的测量长度、受力面积及受力大小都能清楚看到并测量出，而唯一受限制的是其受力后的材料伸长量，因太小而难以准确测量。在拉伸法测量中常用光杠杆法来放大材料受力后的微小伸长量。但是光杠杆测量微小长度存在精度不高，平面镜易摔烂等不足。
发明内容
为了提高测量精度，克服平面镜易摔烂等缺点，本发明提供一种单缝衍射杨氏模量测量仪，可以很好地克服这些不足。
本发明所述的单缝衍射杨氏模量测量仪，主要由上横梁、立柱、底座、待测丝、待测丝紧固螺钉、砝码、单缝平台、单缝上下刀口、锁紧螺钉、半导体激光器和衍射屏组成，其特征是两根立柱由上横梁和底座固定，待测丝由待测丝紧固螺钉固定在上横梁上，单缝平台固定在立柱的中部，单缝上刀口和半导体激光器固定在单缝平台下，单缝下刀口由锁紧螺钉锁定在待测丝上，半导体激光器的光束正对单缝上下刀口之间的缝隙(这个缝隙常称为单缝)，衍射屏放在离单缝一米以外的激光光路上。当激光束穿过由单缝上下刀口构成的单缝后其衍射光斑出现在衍射屏上，衍射屏上衍射光斑的宽度对应着单缝的宽度。在待测丝下端加减砝码，待测丝长度出现伸缩，带动单缝宽度变化，从而使衍射屏上衍射光斑的宽度产生变化，由于衍射屏上衍射光斑的变化很大，可以比较准确测量并计算出这个变化量。因激光的波长已知，单缝到衍射屏的距离易测，根据单缝衍射的物理原理就可以准确计算出单缝宽度的变化量。单缝的宽度变化量就是相应砝码重力作用下待测丝的伸缩量。在将待测丝的相应长度、横截面积和受力变化量代入杨氏模量公式就可计算出相应待测丝材料的杨氏模量了。因单缝衍射选用600多纳米波长激光束，这样就可以使得待测丝伸长量的测量精度达到相应的纳米级，从而精确地测量出杨氏模量。
有关拉伸法测量杨氏模量和单缝衍射的问题已是公知知识，此处不作说明。
本发明的优点是利用激光的单缝衍射原理精确测量出固体材料的杨氏模量。
附图说明
图为单缝衍射杨氏模量测量仪的工作原理结构示意图。
图中，1、上横梁，2、待测丝紧固螺钉，3、立柱，4、待测丝，5、单缝平台，6、半导体激光器连接杆，7、单缝上刀口，8、半导体激光器，9、锁紧螺钉，10、单缝下刀口，11、衍射屏，12、衍射屏连杆，13、砝码，14、衍射屏座，15、调节螺杆，16、底座。
具体实施方案
下面结合单缝衍射杨氏模量测量仪的工作原理结构示意图对本发明作具体说明。
在图中，两根立柱(3)由上横梁(1)和底座(16)固定，待测丝(4)由待测丝紧固螺钉(2)固定在上横梁(1)上，单缝平台(5)固定在立柱(3)的中部，单缝上刀口(7)、半导体激光器(8)和半导体激光器连接杆(6)固定在单缝平台(5)下，单缝下刀口(10)由锁紧螺钉(9)锁定在待测丝(4)上，半导体激光器(8)的激光光束正对单缝上下刀口之间的缝隙(称为单缝)，衍射屏(11)连同衍射屏连杆(12)和衍射屏座(14)放在离单缝一米以外的激光光路上。当激光束穿过由单缝上下刀口构成的单缝后其衍射光斑出现在衍射屏上，衍射屏上衍射光斑的宽度对应着单缝的宽度。在待测丝下端加减砝码，待测丝长度出现伸缩，带动单缝宽度变化，从而使衍射屏上衍射光斑的宽度产生变化。根据单缝衍射的物理原理就可以准确计算出单缝宽度的变化量，并进而精确地测量出杨氏模量。

Claims (1)

1. 一种单缝衍射杨氏模量测量仪，主要由上横梁、立柱、底座、待测丝、待测丝紧固螺钉、砝码、单缝平台、单缝上下刀口、锁紧螺钉、半导体激光器和衍射屏组成，其特征是两根立柱由上横梁和底座固定，待测丝由待测丝紧固螺钉固定在上横梁上，单缝平台固定在立柱的中部，单缝上刀口和半导体激光器固定在单缝平台下，单缝下刀口由锁紧螺钉锁定在待测丝上，半导体激光器的光束正对单缝上下刀口之间的缝隙(称为单缝)，衍射屏放在离单缝一米以外的激光光路上。
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