CN105091735A - 一种非接触式小角度测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触式小角度测量装置及其测量方法，包括：平衡块、支撑杆、竖杆、横杆、电容动极板、电容接收板、固定块、线圈和磁钢；平衡块和竖杆通过悬丝悬挂在支撑杆的两边；横杆的中心固定在竖杆上，且横杆与竖杆垂直设置；固定块上固定有试样，试样与竖杆连接；磁钢固定在竖杆上；线圈设置在磁钢的外围；电容动极板设置在横杆的两端；电容接收板设置在电容动极板的正下方，电容接收板上连接有导线并通过导线引出；固定块、试样、竖杆和横杆均为导电体，固定块的两端连接有导线并通过导线引出。通过上述方式，本发明能够通过电容传感器的原理配合机构完成自由衰减振动振幅的衰减，并通过计算公式计算出扭转的角度；结构简单，使用容易，实施方便。

Description

一种非接触式小角度测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及内耗角度测量领域，特别是涉及一种非接触式小角度测量装置及其测量方法。

背景技术

内耗是研究固体缺陷与力学性质的一种重要的实验手段，它能够很灵敏地反映固体中的点缺陷、位错、界面等存在及其运动变化和相互作用情况，从而能够获得材料中各种微观过程的定性和定量信息。内耗测量过程是使得振动着的固体即使与外界完全隔绝，材料机械振动也因为内部的原因引起的能量消耗而逐渐衰减下来，因而内耗法是研究金属内部的结构一种很有效的方法。实际测量时常通过自由衰减振动时的振幅对数减缩量来确定内耗。

$Q^{-1}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\·\frac{\mathrm{\ΔW}}{W}=\frac{1}{\mathrm{\π}}\ln \frac{A_n}{A_{n+1}}$

式中A_n为第n次振动的振幅；A_n+1为第n+1次振动的振幅。因此测量自由衰减振动时的振幅是测量结果准确性的关键。

现有技术中测量自由衰减振动时的振幅常用的方法是采用光电转换的方法，其测量装置见说明书附图图4所示，测量装置中光源采用卤素灯12、光学镜头机构13，反射镜14安装在扭转机构上，测量装置还设有光电接收机构15。由于光程结构需要，整套系统庞大，调节复杂，仪器难以操作掌握。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种非接触式小角度测量装置及其测量方法，能够通过电容传感器的原理配合机构完成自由衰减振动振幅的衰减，并通过计算公式计算出扭转的角度；结构简单，使用容易，实施方便。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种非接触式小角度测量装置，包括：平衡块、支撑杆、竖杆、横杆、电容动极板、电容接收板、固定块、线圈和磁钢；所述平衡块和竖杆通过悬丝悬挂在所述支撑杆的两边；所述横杆的中心固定在所述竖杆上，且横杆与竖杆垂直设置；所述固定块上固定有试样，试样与所述竖杆连接；所述磁钢固定在所述竖杆上；所述线圈设置在所述磁钢的外围；所述电容动极板设置在所述横杆的两端；所述电容接收板设置在电容动极板的正下方，电容接收板上连接有导线并通过导线引出；所述固定块、试样、竖杆和横杆均为导电体，固定块的两端连接有导线并通过导线引出。

优选的是，所述电容动极板呈扇形；所述电容接收板呈扇环，且与所述电容动极板同圆心设置。

优选的是，所述磁钢设置在所述横杆下方的竖杆上。

一种非接触式小角度测量方法：调整平衡块抵消竖杆和横杆的重量，使得试样与竖杆和固定块之间在垂直方向上不受力；将线圈通电产生磁场，通过磁场对磁钢施加一定的力，从而带动竖杆以及设置在竖杆上的横杆和试样做一定角度的扭转后断电释放，释放后横杆带动竖杆和试样做自由衰减扭转运动；横杆扭转时，电容动极板与电容接收板能够产生电容量的变化，通过电容量的变化可以来检查扭转的角度；电容的变化量可通过导线测出；通过下列两个公式可计算出扭转的角度：

C＝ε·S/d

S＝[π(R²-r²)θ]/360

式中，C为电容的容量，ε为电容极板间介质的介电常数，S为电容极板相对面积，d为电容极板间的距离，θ为扭转的角度，R为电容动极板的半径，r为电容接收板的半径。

本发明的有益效果是：本发明能够通过电容传感器的原理配合机构完成自由衰减振动振幅的衰减，并通过计算公式计算出扭转的角度。

附图说明

图1是本发明一种非接触式小角度测量装置及其测量方法的剖面示意图；

图2是一种非接触式小角度测量装置及其测量方法的主视结构示意图；

图3是一种非接触式小角度测量装置及其测量方法的电容接收板平面结构示意图；

图4是现有技术中采用光电转换的扭转角度检测装置的结构示意图；

附图中各部件的标记如下：1、平衡块；2、支撑杆；3、竖杆；4、横杆；5、电容动极板；6、电容接收板；7、磁钢；8、线圈；9、试样；10、固定块；11、导线；12、卤素灯；13、光学镜头机构；14、反射镜；15、光电接收机构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1至图4，本发明实施例包括：

一种非接触式小角度测量装置及其测量方法，包括：平衡块1、支撑杆2、竖杆3、横杆4、电容动极板5、电容接收板6、固定块10、线圈8和磁钢7；所述平衡块1和竖杆3通过悬丝悬挂在所述支撑杆2的两边；所述横杆4的中心固定在所述竖杆3上，且横杆4与竖杆3垂直设置；所述固定块10上固定有试样9，试样9与所述竖杆3连接；平衡块1能够抵消竖杆3和连接在竖杆3上的横杆4的重量，使得试样9在垂直方向上不受力；支撑杆2可以承受平衡块1、竖杆3和横杆4的平衡力，且能够改变悬丝的走向，通过改变悬丝的走向便于调节平衡块1、竖杆3和横杆4之间的平衡。所述磁钢7固定在所述横杆4下方的竖杆3上，磁钢7能够在线圈8通电产生的磁场力作用下带动竖杆3以及设置在竖杆3上的横杆4和试样9动作；所述线圈8设置在所述磁钢7的外围；通电后线圈8可产生磁场，通过磁场对磁钢7施加一定的力，从而带动竖杆3以及设置在竖杆3上的横杆4和试样9做一定角度的扭转后断电释放，释放后横杆4则带动竖杆3和试样9做自由衰减扭转运动。所述电容动极板5设置在所述横杆4的两端；所述电容接收板6设置在所述电容动极板5的正下方，电容接收板6上连接有导线11并通过导线11引出；所述固定块10、试样9、竖杆3和横杆4均为导电体，固定块10的两端连接有导线11并通过导线11引出，导线11可通过固定块10、试样9、竖杆3、横杆4与电容动极板5连接，可便于电容动极板5的动作，避免了直接接在电容动极板5上时，因电容动极板5动作而引起的问题；导线11可便于测出电容的变化量；横杆4扭转时，电容动极板5与电容接收板6能够产生电容量的变化，通过电容量的变化可以来检查扭转的角度。所述电容动极板5呈扇形；所述电容接收板6呈扇环，且与电容动极板5同圆心，能够保证测试的精度且便于计算。

通过下列两个公式可计算出扭转的角度：

C＝ε·S/d

S＝[π(R²-r²)θ]/360

式中，C为电容的容量，ε为电容极板间介质的介电常数，S为电容极板相对面积，d为电容极板间的距离，θ为扭转的角度，R为电容动极板的半径，r为电容接收板的半径。根据电容之间正对的面积与扭转的角度θ成正比，由此可知电容量与电容之间的正对面积成正比，所以从结构上保证扭转角与电容成正比关系即可。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种非接触式小角度测量装置，其特征在于，包括：平衡块、支撑杆、竖杆、横杆、电容动极板、电容接收板、固定块、线圈和磁钢；所述平衡块和竖杆通过悬丝悬挂在所述支撑杆的两边；所述横杆的中心固定在所述竖杆上，且横杆与竖杆垂直设置；所述固定块上固定有试样，试样与所述竖杆连接；所述磁钢固定在所述竖杆上；所述线圈设置在所述磁钢的外围；所述电容动极板设置在所述横杆的两端；所述电容接收板设置在电容动极板的正下方，电容接收板上连接有导线并通过导线引出；所述固定块、试样、竖杆和横杆均为导电体，固定块的两端连接有导线并通过导线引出。

2.根据权利要求1所述的一种非接触式小角度测量装置，其特征在于：所述电容动极板呈扇形；所述电容接收板呈扇环，且与所述电容动极板同圆心设置。

3.根据权利要求1所述的一种非接触式小角度测量装置，其特征在于：所述磁钢设置在所述横杆下方的竖杆上。

4.采用以上测量装置的一种非接触式小角度测量方法，其特征在于：调整平衡块抵消竖杆和横杆的重量，使得试样与竖杆和固定块之间在垂直方向上不受力；将线圈通电产生磁场，通过磁场对磁钢施加一定的力，从而带动竖杆以及设置在竖杆上的横杆和试样做一定角度的扭转后断电释放，释放后横杆带动竖杆和试样做自由衰减扭转运动；横杆扭转时，电容动极板与电容接收板能够产生电容量的变化，通过电容量的变化可以来检查扭转的角度；电容的变化量可通过导线测出；通过下列两个公式可计算出扭转的角度：

式中，C为电容的容量，ε为电容极板间介质的介电常数，S为电容极板相对面积，d为电容极板间的距离，θ为扭转的角度，R为电容动极板的半径，r为电容接收板的半径。