CN108982211B - 一种音速法测定石墨弹性模量设备的操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种音速法测定石墨弹性模量设备的操作方法，其包括校正方法与操作方法，其通过利用夹持机构对石墨样品的纵向自由度进行限定，并且在限定过程中，会自动校正石墨样品与测量探头之间的同轴度，再通过等速相向移动的测量探头对石墨样品进行夹持，使石墨样品固定在测量探头之间，解决测量探头与石墨样品同轴度无法保证的技术问题，提高测试精度，同时，利用夹持机构的驱动力使涂抹机构等量均匀的对测量探头进行耦合剂涂抹。

Description

一种音速法测定石墨弹性模量设备的操作方法

技术领域

本发明涉及石墨材料弹性模量测试技术领域，具体为一种音速法测定石墨弹性模量设备的操作方法。

背景技术

弹性模量又称杨氏模量，是工程材料重要的性能参数，从宏观角度来说，弹性模量是衡量物体抵抗弹性变形能力大小的尺度，从微观角度来说，则是原子、离子或分子之间键合强度的反映。凡影响键合强度的因素均能影响材料的弹性模量，如键合方式、晶体结构、化学成分、微观组织、温度等。弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。弹性模量E是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力。它是反映材料抵抗弹性变形能力的指标，相当于普通弹簧中的刚度。

而对于石墨材料来说，对各种规格型号的石墨材料，在其生产制备后，需要对石墨材料进行取样后测定其弹性模量，而传统的石墨材料的测定方法是采用共振法测定石墨材料的弹性模量，需要对石墨样品进行敲击或者其他激励方式使样品发生共振，通过测定物体的固有频率从而得出弹性模量。

对于应用于核领域的石墨材料，在材料中子辐照考核的过程中，需要对辐照前、后样样品进行系统弹性模量测试。GB/T3074.2-2008《石墨电极弹性模量测定方法》中，其就是利用声波在测试样品内传播的频率来测定测试样品的弹性模量，其测试系统包括激励器、接收器、驱动回路与检测回路，其中激励器用以激发试样共振，接收器用以试样共振信号，驱动回路用以提供音频正弦电信号，检测回路用以放大显示来自接收器的电信号。ASTMC747-16《Standard Test Method for Moduli of Elasticity and FundamentalFrenquencies of Carbon and Graphite Materials by Sonic Resonance》利用声音共振法测定炭和石墨弹性模量和基准频率的方法)与GB/T3074.2-2008基本原理类似。

另外，ASTM C769《Standard Test Method for Sonic Velocity inManufactured Carbon and Graphite Materials for Use in Obtaining anApproximate Value of Young’s Modulus》利用声速法测定人造炭和石墨近似杨氏模量)为利用声速法近似测定弹性模量的方法。

然而，上述方法中并未公开针对石墨材料利用音速法进行杨氏模量检测的自动化设备，也未公开该设备相应的操作方法。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种音速法测定石墨弹性模量设备的操作方法，通过利用夹持机构对石墨样品的纵向自由度进行限定，并且在限定过程中，会自动校正石墨样品与测量探头之间的同轴度，再通过等速相向移动的测量探头对石墨样品进行夹持，使石墨样品固定在测量探头之间，解决测量探头与石墨样品同轴度无法保证的技术问题，提高测试精度，同时，利用夹持机构的驱动力使涂抹机构等量均匀的对测量探头进行耦合剂涂抹。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种音速法测定石墨弹性模量设备的操作方法，其包括音速法测定石墨弹性模量设备的校正操作方法与音速法测定石墨弹性模量设备的测量操作方法，所述音速法测定石墨弹性模量设备的校正方法包括以下几个步骤：

步骤1)，启动驱动电机正转，使旋转轴旋转，安装有测量探头的螺纹滑套沿旋转轴相向移动，使位于测量探头上方的对称设置测力计各自拉伸，从测力计上读取拉力值；

步骤2)，对比对称设置的测力计上读取的拉力值，拉力值一致，则设备校正完毕，启动驱动电机反转，使螺纹滑套带动测量探头复位，若拉力值不一致，则进行下一步骤；

步骤3)，手动旋转螺纹滑套，调整螺纹滑套在旋转轴的位置，移动测量探头，使对称设置的测力计上显示的拉力值一致，之后，启动驱动电机反转，使螺纹滑套带动测量探头复位；

所述音速法测定石墨弹性模量设备的测量操作方法包括以下几个步骤：

步骤a)，确认脉冲发生器(1)、测量探头(2)与示波器(3)之间连接正确，依次打开脉冲发生器(1)与示波器(3)的电源，设置脉冲发生器(1)的参数与调节示波器(3)；

步骤b)，将石墨样品放置于承接座上，启动上推气缸向上推送承接座，使石墨样品上推至对称设置的测量探头之间；

步骤c)，启动对称设置的夹持气缸分别推送第一夹持爪与第二夹持爪对石墨样品进行夹持固定；

步骤d)，与步骤c)同步的，启动夹持气缸推送的同时，由夹持气缸同步带动位于测量探头初始位置处的涂抹杆旋转，对测量探头进行耦合剂涂抹；

步骤e)，启动驱动电机正转，测量探头沿旋转轴相向移动，测量探头与石墨样品轴向的两端面抵触连接；

步骤f)，启动脉冲发生器对石墨样品发射脉冲信号，脉冲信号自石墨样品轴向一端的测量探头发出，穿过石墨样品由其轴向另一侧的测量探头接收后发送至示波器上，显示出该脉冲信号在石墨样品内传播的波形图，并通过示波器截取该波形图；

步骤g)，重复步骤f)3-5次后，启动驱动电机反转，使测量探头复位，启动夹持气缸复位，使石墨样品释放于承接座上，之后清理石墨样品与测量探头接触端面的耦合剂，清理完成后将石墨样品沿其轴线旋转90°后，再次重复步骤c)至步骤f)；

步骤h)，启动驱动电机反转，使测量探头复位，启动夹持气缸复位，使石墨样品释放于承接座上，之后清理石墨样品与测量探头接触端面的耦合剂，并将自承接座石墨样品取下，上推气缸复位。

作为改进，所述步骤1)中，启动驱动电机正转10-20s后，停止驱动电机旋转，读取测力计拉力值并记录，并重复3-5次，获取多组拉力值结果进行对比，减小误差。

作为改进，所述步骤1)中，在启动驱动电机之前，将石墨样品放置于承接座上，在对测量探头进行校正的过程中，测量探头同步带动校正臂对石墨样品进行轴向位移调整，使石墨样品位于测量探头连线的中轴线上，减小磨损。

作为改进，所述步骤a)中，脉冲发生器的频率为100-10000Hz，选用频率为100Hz，激发电压为100V。

作为改进，所述步骤a)中，测量探头2的频率为2.25MHz。

作为改进，所述步骤a)中，示波器的触发强度为1.17V，探头衰减为1X，信号幅度为1.00V，时间幅度为1.00μs。

作为改进，所述步骤c)中，在第一夹持爪与第二夹持爪对石墨样品进行夹持固定的同时，对石墨样品的中轴线位置进行竖直方向的调整，使石墨样品与测量探头同心设置，提高测量精度。

作为改进，所述步骤d)中，涂抹杆旋转2-3周，对测量探头涂抹厚度为0.5-1mm。

作为改进，所述步骤e)中，测量探头与石墨样品轴向的两端面抵触连接时，测量探头对石墨样品进行推动，使该石墨样品沿其轴线方向移动调整，测量探头对石墨样品两端的抵触压力一致。

作为改进，所述步骤f)中，重复步骤e)3次。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明通过利用夹持机构替代传统手工对石墨样品进行装夹的方式，利用夹持机构对石墨样品的纵向自由度进行限定，并且在限定过程中，会自动校正石墨样品与测量探头之间的同轴度，再通过等速相向移动的测量探头对石墨样品进行夹持，使石墨样品固定在测量探头之间，使测量探头与石墨样品同轴设置，提高测试精度；

(2)本发明通过利用测力计的拉力大小来表示测量探头在旋转轴上的移动距离的大小，较直接读取距离，更为直观，也更加容易比较，同时更利于测量读取与调整校正，且通过判定测量探头对石墨样品抵触时，测力计的大小是否一致，还能判定测量探头是否同时对石墨样品抵触到位；

(3)本发明利用夹持机构的驱动力使涂抹机构等量均匀的对测量探头进行耦合剂涂抹替代了人工对测量探头进行耦合剂涂抹的方式，保证两个测量探头上的耦合剂涂抹等量、均匀，有效避免耦合剂涂抹量对两个测量探头测量精度的影响，测量精度更高；

(4)本发明中涂抹机构的涂抹杆初始时位于测量探头的一侧，在夹持机构对石墨样品进行夹持的过程中，涂抹杆由夹持机构带动进行旋转对测量探头进行耦合剂涂抹，且当涂抹杆完成涂抹工作后，涂抹杆会旋转至初始位置，通过进液管与轴部连接端半圆形设置的开口进行交错实现耦合剂的关闭，避免耦合剂的流失；

(5)本发明中在测量探头的下方设置有校正臂，在测量探头的上方设置有测力计，在石墨样品放置于上推机构上后，利用驱动机构带动测量探头进行空转，利用测力计对测量探头进行校正的同时，通过校正臂对石墨样品进行校正，使其位于上推机构上的石墨样品位于上推机构的正中央，使测量探头对石墨样品进行夹持，夹持到位，可以尽量减少来自测量探头的推送位移，避免磨损。

综上所述，本发明测量精度高，自动化程度高，干扰因素少等优点，尤其适用于石墨材料弹性模量测试技术领域。

附图说明

图1为本发明音速法测定石墨弹性模量设备的校正方法流程示意图；

图2为本发明音速法测定石墨弹性模量设备的测量操作方法流程示意图；

图3为本发明脉冲发生器操控界面图；

图4为本发明测量装置原理结构示意图；

图5为本发明测量装置测量时示波器显示波形图一；

图6为本发明测量装置测量时示波器显示波形图二；

图7为本发明立体结构示意图；

图8为本发明剖视结构示意图一；

图9为本发明局部结构立体示意图；

图10为本发明旋转轴断裂结构示意图；

图11为本发明剖视结构示意图二；

图12为图11中A处结构放大示意图；

图13为本发明第一夹持爪与第二夹持抓工作状态示意图一；

图14为本发明第一夹持爪与第二夹持抓工作状态示意图二；

图15为本发明第一夹持爪与第二夹持抓工作状态示意图三；

图16为本发明局部结构放大示意图；

图17为本发明进液管立体结构示意图；

图18为本发明进液管与流道连通结构示意图；

图19为本发明进液管与流道关闭结构示意图；

图20为本发明剖视结构示意图三；

图21为本发明涂抹杆剖视结构示意图；

图22为本发明棘爪剖视结构示意图；

图23为本发明测力计结构示意图；

图24为本发明螺纹滑套立体结构示意图；

图25为本发明螺纹滑套剖视结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例一：

如图1所示，一种音速法测定石墨弹性模量设备的操作方法，其包括音速法测定石墨弹性模量设备的校正操作方法与音速法测定石墨弹性模量设备的测量操作方法，所述音速法测定石墨弹性模量设备的校正方法包括以下几个步骤：

步骤1)，启动驱动电机411正转，使旋转轴412旋转，安装有测量探头2的螺纹滑套413沿旋转轴412相向移动，使位于测量探头2上方的对称设置测力计23各自拉伸，从测力计23上读取拉力值；

步骤2)，对比对称设置的测力计23上读取的拉力值，拉力值一致，则设备校正完毕，启动驱动电机411反转，使螺纹滑套413带动测量探头2复位，若拉力值不一致，则进行下一步骤；

步骤3)，手动旋转螺纹滑套413，调整螺纹滑套413在旋转轴412的位置，移动测量探头2，使对称设置的测力计23上显示的拉力值一致，之后，启动驱动电机411反转，使螺纹滑套413带动测量探头2复位。

需要说明的是，步骤1)至步骤3)用于对音速法测定石墨弹性模量设备进行校正，由于需要尽可能的保证测试的精准性，在每次测量之前都需要对设备进行校正，保证测量探头2始终沿旋转轴412对称设置，如此，才能保证测量探头2与石墨样品10的两端抵触时，测量探头2对石墨样品10两端的压力一致，脉冲发生器1发出的脉冲信号经测量探头2在石墨样品10内传播时，不会因测量探头2与石墨样品10两端接触程度不一致，导致测量结果出现偏差。

进一步说明的是，所述步骤1)中，启动驱动电机411)正转10-20s后，停止驱动电机旋转，读取测力计23拉力值并记录，并重复3-5次，获取多组拉力值结果进行对比，减小误差，如果多组拉力值的结果均显对称设置的两个测力计23的拉力值一致，则表示设备无需进行校正。

更进一步说明的是，所述步骤1)中，在启动驱动电机411之前，将石墨样品10放置于承接座52上，在对测量探头2进行校正的过程中，测量探头2同步带动校正臂22对石墨样品10进行轴向位移调整，使石墨样品10位于测量探头2连线的中轴线上，可以使测量探头2在对石墨样品10的两端进行抵触夹持时，尽量的减小测量探头2对石墨样品10造成的移动，减小石墨样品10受到第一夹持爪63与第二夹持爪64造成的磨损。

所述音速法测定石墨弹性模量设备的测量操作方法包括以下几个步骤：

步骤a)，确认脉冲发生器1、测量探头2与示波器3之间连接正确，依次打开脉冲发生器1与示波器3的电源，设置脉冲发生器1的参数与调节示波器3；

步骤b)，将石墨样品10放置于承接座52上，启动上推气缸51向上推送承接座52，使石墨样品10上推至对称设置的测量探头2之间；

步骤c)，启动对称设置的夹持气缸62分别推送第一夹持爪63与第二夹持爪64对石墨样品10进行夹持固定；

步骤d)，与步骤c)同步的，启动夹持气缸62推送的同时，由夹持气缸62同步带动位于测量探头2初始位置处的涂抹杆71旋转，对测量探头2进行耦合剂涂抹；

步骤e)，启动驱动电机411正转，测量探头2沿旋转轴412相向移动，测量探头2与石墨样品10轴向的两端面抵触连接；

步骤f)，启动脉冲发生器1对石墨样品10发射脉冲信号，脉冲信号自石墨样品10轴向一端的测量探头2发出，穿过石墨样品10由其轴向另一侧的测量探头2接收后发送至示波器3上，显示出该脉冲信号在石墨样品10内传播的波形图，并通过示波器3截取该波形图；

步骤g)，重复步骤f)3-5次后，启动驱动电机411反转，使测量探头2复位，启动夹持气缸62复位，使石墨样品10释放于承接座52上，之后清理石墨样品10与测量探头2接触端面的耦合剂，清理完成后将石墨样品10沿其轴线旋转90°后，再次重复步骤c)至步骤f)；

步骤h)，启动驱动电机411)反转，使测量探头2复位，启动夹持气缸62复位，使石墨样品10释放于承接座52上，之后清理石墨样品10与测量探头2接触端面的耦合剂，并将自承接座52石墨样品10取下，上推气缸51复位。

需要说明的是，本发明中，脉冲发生器1中的“RF OUT”连接示波器3的“通道1或2”，脉冲发生器1中的“SYNC OUT”连接示波器3中的“Exit Trig”，测量探头2连接脉冲发生器1正面“T/R”和“R”，其中，纵波探头：V133-RM，Ultragel II耦合剂通用，用于测试杨氏模量，横波探头：V154-RM，专用耦合剂Shear Gel，用于测试剪切模量。

其中如图3所示，设置脉冲发生器1的参数时，PRF(脉冲频率Hz)：由低到高设置，通常设置为100Hz，越高，易耗电，易损探头；PULSE VOLTAGE(激发电压V)：由低到高设置，通常设置为100V；GAIN(增益DB)：振幅变化，时间不变。

进一步的，所述步骤a)中，测量探头2的频率调整为2.25MHz。

更进一步的，示波器3触发菜单中确认信号源为“Ex”,触发强度为正值，一般为1.17V，探头衰减为1X，信号幅度为1.00V，时间幅度为1.00μs，上方白色小箭头指示的位置即为激发信号处。

其中，本发明中由于石墨样品的直径d与测量探头的直径D2之间满足：0.5*D2≤d≤1.2*D2，每次了的石墨样品的直径可能是不一致的，因此需要保证每次石墨样品在被第一夹持爪63与第二夹持爪64夹持时都是与测量探头2同心设置的，因此，所述步骤c)中，在第一夹持爪63与第二夹持爪64对石墨样品10进行夹持固定的同时，第一夹持爪63与第二夹持爪64会交错设置，通过第一夹持爪63与第二夹持爪64的弧形内壁与石墨样品10的外壁相切，对石墨样品10的中轴线位置进行竖直方向的调整，使石墨样品10与测量探头2同心设置，提高测量精度。

进一步说明的是，测量探头2上耦合剂的涂抹量是否一致，涂抹是否均匀，直接影响后续的弹性模量的测量，所述步骤d)中，涂抹杆71旋转2-3周，对测量探头2涂抹厚度为0.5-1mm，由于对称设置的测量探头2均是采用涂抹杆71进行旋转涂抹的，并且涂抹杆71上的耦合剂的供给量一致，海绵714的输出量一致，所以两侧测量探头2上耦合剂的涂抹量基本保持一致，较人工涂抹精度高，并且，可以保证涂抹量在0.5-1mm，在满足涂抹要求的情况下尽可能保证涂抹厚度越薄越好。

由于，在上推气缸51将石墨样品10上推至测量探头2之间时，石墨样品10轴向两端分别至对应的测量探头2的距离并不是一定相等的，在所述步骤c)中，测量探头2与石墨样品10轴向的两端面抵触连接时，测量探头2会对石墨样品10进行推动，使该石墨样品10沿其轴线方向移动调整，保证测量探头2对石墨样品10两端的抵触压力一致，即保证测量探头2与石墨样品10接触两端的抵触程度一致，不会因抵触程度不一致导致测量结果出现偏差。

本发明中，所述步骤g)中，重复步骤f)3次即可。

实施例二：

如图1、图4、图5、图6与图8所示，一种音速法测定石墨弹性模量设备的操作方法，包括脉冲发生器1，与脉冲发生器1电信号连接且对称设置的测量探头2，以及与脉冲发生器1的连接的示波器3，还包括：

驱动机构4，所述驱动机构4驱动对称设置的所述测量探头2相向或反向同速移动，其包括平行设置的驱动组件41与导向组件42；

上推机构5，所述上推机构4设置于所述驱动机构4的下方，其与所述驱动机构4垂直设置，且其设置于所述驱动机构4长度方向的中部，该上推机构5承载石墨样品10，并将该石墨样品10上推至对称设置的所述测量探头2的中部位置处；以及

夹持机构6，所述夹持机构6水平设置于所述测量探头2移动路径的两侧，其对所述上推机构5推送的所述石墨样品10进行夹持固定。

需要说明的是，依据通常的实验经验，本发明中测量探头2的直径为D2，石墨样品10的直径为d,D2与d之间的关系满足：0.5*D2≤d≤1.2*D2，这也是测量探头2针对石墨样品10测量的直径范围，在该直径范围内的石墨样品10在测试过程中测量探头2可以保证测量结果的精确性。

如图1至图3所示，进一步说明的是，本发明中测量石墨弹性模量的测量原理为利用脉冲发生器1通过测量探头2对石墨样品10发出脉冲信号，在通过示波器3将脉冲信号在石墨样品10内传播的波形图显示出，之后通过在示波器3内截取脉冲信号在石墨样品10内传播的波形图，计算出脉冲信号在石墨样品10内的传播速率V，在通过计算公式计算出弹性模量E。

根据ASTM C769-15中记载的弹性模量E的计算公式为：E＝CvρV²。其中，Cv为石墨样品泊松比因子，ρ为石墨样品的密度，V为声波在样品中的传播速度，而ASTM C769-15中还记载Cv＝(1+v)(1-2v)/(1-v)，其中v为泊松比，通常情况下，石墨样品的泊松比典型值约为0.2，因此Cv＝(1+v)(1-2v)/(1-v)≈0.9，0.9即为石墨样品10的泊松比因子，则弹性模量为E≈0.9ρV²，值得强调的是，若能获取石墨准确的泊松比v，则可通过此装置即方法获取准确石墨弹性模量。再者，ASTM C769-15中记载V＝L/(Tt-T0-Te)，其中，L石墨样品10长度，Tt运行时间，T0零点时间，Te结束校准时间，Tt、T0与Te均可在示波器3中显示波形图获得。

值得注意的是，当石墨样品10与测量探头2无法保证同轴度时，石墨样品10在测量探头2之间的长度L会与实际值发生偏差，测量探头2对石墨样品10发出的脉冲信号在石墨样品10内的传播速率V会出现偏差，导致最终计算出的弹性模量出现错误。

并且，当石墨样品10与测量探头2并不同轴时，测量探头2与石墨样品10接触端部涂抹的耦合剂与石墨样品10之间就会出现空隙，脉冲信号在石墨样品10内部传播时，严重的就会出现波形图异样的情况出现，无法进行弹性模量测量计算。

如图6与图7所示，作为一种优选的实施方式，所述驱动组件41包括：

驱动电机411；

旋转轴412，所述旋转轴412的两端架设于机架410上，其由所述驱动电机411驱动旋转设置；以及

螺纹滑套413，所述螺纹滑套413对称设置于所述旋转轴412轴线方向的两端，其随所述旋转轴412的旋转相向或反向等速移动，且其通过连接臂21与所述测量探头2固定连接。

进一步的，沿所述旋转轴412的轴线方向，其两端设置有螺旋方向相反的螺纹4121，该螺纹4121与所述螺纹滑套413对于配合。

需要说明的是，本发明中，测量探头2通过旋转轴412带动同步进行移动，实现对石墨样品10两侧端部的夹紧，如此，可以保证测量探头2施加在石墨样品10两侧端部的压力是一致的。

其中，驱动电机411旋转带动旋转轴412进行正转，螺纹滑套413沿旋转轴412轴线方向相向同速同步移动，带动测量探头2相向移动，对石墨样品10进行同轴夹紧，而驱动端机411带动旋转轴412进行反转，螺纹滑套413沿旋转轴412轴线方向反向移动同速同步移动，测量探头2释放石墨样品10。

如图22与图24所示，本发明还包括设置于测量探头2下方与测量探头2相连的校正臂22，该校正臂22对称设置于上推机构5的两侧，且该校正臂22随测量探头2移动对放置于承接座52上的石墨样品10进行校正处理；

滑轨421的上部还对称设置有测力计23，该测力计23与滑块422相连，其测量所述测量探头2由驱动组件41驱动相向移动过程中产生的拉力。

螺纹滑套413与连接臂21连接的两端设置有环形槽4131，连接臂21通过卡块211卡合在环形槽4131内，螺纹滑套413与连接臂21可转动连接，螺纹滑套413带动连接臂21同步移动。

需要说明的是，在石墨样品10放置于承接座52上后，首先由驱动组件41带动测量探头2相向移动，对测量探头2进行校正，其校正的基准由测力计23上显示的拉力读数作为参照依据，当驱动组件41带动测量探头2相向移动过程中，对称设置的测力计23上的读数始终显示是相同，则测量探头2校正准确，当测力计23上读数显示不同时，需要手动调节测量探头2的位置，以使测力计23上读数相同。

进一步说明的是，在对测量探头2进行校正的过程中，通过校正臂22对放置于承接座52上的石墨样品10进行长度方向的调整，使石墨样品10长度方向的两端至对应侧的测量探头2的距离大体一致。

如图6所示，作为一种优选的实施方式，所述导向组件42包括：

滑轨421，所述滑轨421的两端架设于机架410上，其与所述旋转轴412平行设置；以及

滑块422，所述滑块422对称滑动设置于所述滑轨421的长度方向上，该滑块422与所述测量探头2通过连接臂21固定连接。

需要说明的是，测量探头2在由驱动组件41驱动进行移动的过程中，需要导向组件42对其自由度进行限定，使其只能沿旋转轴412的轴线方向进行移动，因此通过滑块422与测量探头2进行固定连接，再通过与旋转轴412平行设置的的滑轨421对滑块422的移动路劲进行限定，将测量探头2的自由度进行限定。

如图8所示，作为一种优选的实施方式，所述上推机构5包括：

上推气缸51，所述上推气缸51竖直设置；

承接座52，所述承接座52为半圆形设置，其设置于所述上推气缸51的推送杆511的活动端，且其由所述上推气缸51带动上下推送设置。

进一步的，所述承接座52的直径为D1，所述测量探头2的直径为D2，D1与D2之间的关系满足：D1＝1.2*D2。

需要说明的是，承接座52用于装载需要进行测量的石墨样品10，石墨样品10放置于承接座52上后，由上推气缸51将承接座52推送至对称设置的两个测量探头2之间，之后由夹持机构6对石墨样品10进行夹持与同轴度的调整。

值得注意的是，本发明中，石墨样品10的直径范围为测量探头2直径的0.5-1.2倍，因此本发明中，承接座52内壁的直径为测量探头2直径的1.2倍，可以承载所有适用范围内的石墨样品10。

进一步说明的是，本发明中上推气缸51通过承接座52将石墨样品10推送至对称设置的两个测量探头2之间时，承接座52与测量探头2基本保持同心设置。

如图8至图12所示，作为一种优选的实施方式，所述夹持机构6包括：

辅助安装机架61，所述辅助安装机架61对称设置于所述测量探头2移动路径的两侧；

夹持气缸62，所述夹持气缸62安装与所述辅助安装机架61上，其对称设置于所述测量探头2移动路径的两侧，且其与所述测量探头2移动路径垂直设置；

第一夹持爪63，所述第一夹持爪63与任一所述夹持气缸62的推杆621的活动端连接设置；以及

第二夹持爪64，所述第二夹持爪64相对于所述第一夹持爪63与另一所述夹持气缸62的推杆621的活动端连接设置，其与所述第一夹持爪63交错设置，且其与所述第一夹持爪63对应配合对所述石墨样品10进行夹持固定。

进一步的，所述第一夹持爪63与所述第二夹持爪64的夹持部位均为半圆形设置，其直径为D3，且其与所述测量探头2的直径为D2直径的关系满足：D3＝1.2*D2。

如图9所示，更进一步的，所述第一夹持爪63以及所述第二夹持爪64与所述夹持气缸62的连接位置处均设置有伸缩组件65，该伸缩组件65包括：

连杆651，所述连杆651为Y形设置，其分叉的一端与所述第一夹持爪63或所述第二夹持爪64连接设置，且其另一端上设置方形的限位块652；以及

套管653，所述套管653为圆形设置，其内部设置有与限位块652对应滑动配合的滑槽654，且限位块652与所述套管653之间抵触设置有弹簧655，该套管653背向所述连杆651的一端与所述推杆621同轴连接。

特别注意的是，本发明中，第一夹持爪63与第二夹持爪64的中轴线与测量探头2的中轴线均位于同一水平面上。

如图11与图12所示，需要说明的是，本发明中，上推机构5将石墨样品10上推至对称设置的测量探头2之间后，夹持气缸62带动第一夹持爪63与第二夹持爪64对石墨样品10进行夹持，在第一夹持爪63与第二夹持爪64夹持的过程中，石墨样品10在第一夹持爪63与第二夹持爪64之间逐步调整，最终与测量探头2同心设置，之后由驱动组件41带动测量探头2对石墨样品10进行夹紧，进行弹性模量的测量。

进一步说明的是，由于石墨样品10的直径并不是一致的，而是处于一个范围内，因此，在第一夹持爪63与第二夹持爪64对石墨样品10进行夹持的过程中，第一夹持爪63与第二夹持爪64需要进行弹性伸缩调整，本发明中，通过伸缩组件65对第一夹持爪63与第二夹持爪64进行调整。

值得注意的是，本发明中对于直径较大的石墨样品10，例如直径是测量探头2直径1.2倍的石墨样品10，其质量较重，在第一夹持爪63与第二夹持爪64对石墨样品10进行夹持的过程中，伸缩组件65中的弹簧655会大量收缩，对第一夹持爪63与第二夹持爪64增加夹持力，保证对石墨样品10的夹持，而对于直径是测量探头2直径0.5倍的石墨样品10，其质量较轻，在第一夹持爪63与第二夹持爪64对石墨样品10进行夹持的过程中，伸缩组件65中的弹簧655会微量收缩，自动调整第一夹持爪63与第二夹持爪64的夹持力。

如图13至图19所示，作为一种优选的实施方式，任一侧的所述夹持气缸62上还设置有涂抹机构7，该涂抹机构7设置于所述夹持气缸62推送方向的两侧，其包括：

涂抹杆71，所述涂抹杆71为L形设置，其转动设置于所述测量探头2的一侧，其包括与该测量探头2的轴线方向平行设置的轴部711以及与该测量探头2的端面平行设置的涂抹部712，所述轴部711与涂抹部712内部均设置有连通的流道713，且该涂抹部712正对所述测量探头2的一侧设置有海绵714；

进液管72，所述进液管72与所述轴部711同轴连接，其与该轴部711连接的一端均为半圆形开口设置，且其对所述流道713内通入耦合剂；

传动轴73，所述传动轴73平行所述轴部711设置，其与该轴部711之间通过皮带传动连接；

棘轮74，所述棘轮74套设于所述传动轴73正对所述夹持气缸62的一端；以及

棘爪75，若干的所述棘爪75与所述棘轮74对应配合，其均等距设置于安装座751长度方向上，且其背面与该安装座751之间设置有伸缩弹簧752，该安装座751的长度方向与所述夹持气缸62的推送方向平行，且该安装座751由所述夹持气缸62驱动滑动设置。

需要说明的是，在驱动组件41带动测量探头2对石墨样品10进行夹持之前，需要对测量探头2与石墨样品10进行夹紧的一端涂抹耦合剂，利用耦合剂将测量探头2与石墨样品10粘结在一起，而使用耦合剂的目的是充填测量探头2与石墨样品10直径的微小空隙，不使这些空隙间的微量空气影响脉冲信号超声)的穿透，其次，通过耦合剂的“过渡”作用，使测量探头2与石墨样品10之间的声阻抗差减小，从而减小脉冲信号能量在此界面的反射损失。

如图13所示，进一步说明的是，本发明中，通过利用夹持气缸62带动第一夹持爪63与第二夹持爪64对石墨样品10进行夹持的过程中，带动涂抹杆71对处于初始位置的测量探头2进行耦合剂的涂抹，将耦合剂均匀的涂抹在测量探头2上。

如图13与图17所示，更进一步说明的是，在夹持气缸62推送的过程中，同步带动棘爪75推送，棘爪75与棘轮74配合，通过传动轴73带动涂抹杆71旋转，涂抹杆71旋转的过程中通过设置在涂抹部712上的海绵714吸收流道713内的耦合剂对石墨探头2进行耦合剂涂抹。

值得注意的是，本发明中，涂抹杆71上的涂抹部712初始时，位于测量探头2的一侧，其与测量探头2并不干涉，而在棘爪75与棘轮74配合时，涂抹杆71旋转，涂抹部712对测量探头2的断面进行旋转涂抹处理，且当棘爪75与棘轮74结束配合后，涂抹杆71旋转至初始位置，并且本发明中，在夹持气缸62回索的过程中，棘爪75余棘轮74并不配合，通过棘爪75背面设置的伸缩弹簧752，棘爪75可以通过压缩伸缩弹簧752越过棘轮74。

如图14至图16所示，本发明中，在涂抹杆71处于初始位置时，进液管72与轴部711连接的一端通过半圆形挡片721的开口的拼接，实现进液管72与流道713之间的密封，耦合剂无法流入到流道713内，而当涂抹杆71旋转的过程中，进液管72与轴部711连接的一端通过半圆形挡片721的开口形成交错，耦合剂通过进液管72流入到流道713内，再通过海绵714对测量探头2进行涂抹。

需要着重说明的是，测量探头2上耦合剂的涂抹量是否一致，涂抹是否均匀，直接影响后续的弹性模量的测量，因此，通过自动涂抹代替人工涂抹，可以充分保障测量探头2上耦合剂的均匀涂抹，并且通过涂抹杆71旋转涂抹，可以控制耦合剂的流速一致，涂抹的面积一致，涂抹的次数一致，进而达到两侧测量探头2耦合剂涂抹量的一致。

其中，进液管72与耦合剂存储箱连通。

工作过程：

首先，通过取得组件41对测量探头2进行校正，并且在校正的过程中通过校正臂22对放置于承接座52上的石墨样品10进行长度方向的调节，使石墨样品10长度方向的两端抵达测量探头2的距离大体一致，之后通过读取测力计23上的读数调整测量探头2，保证两侧测力计的读数一致，即完成校正，测量探头2复位，之后由上推机构5将石墨样品10上推至测量探头2之间，由第一夹持爪63与第二夹持爪64对石墨样品10进行外圆周壁的夹持，在第一夹持爪63与第二夹持爪64对石墨样品10进行夹持的过程中，石墨样品10会沿竖直方向进行调节，最终，使石墨样品10与测量探头2保持同心，并且，在第一夹持爪63与第二夹持爪64对石墨样品10进行夹持的过程中，夹持气缸62带动涂抹杆71对测量探头2进行耦合剂的涂抹，涂抹耦合剂的测量探头2有驱动组件41带动对石墨样品10进行夹紧，脉冲发生器1发出脉冲信号，脉冲信号经一侧测量探头2向石墨样品10传递，后由另一侧的测量探头2回收至示波器3上，之后由实验人员在示波器3上截取波形图，计算脉冲信号在石墨样品10内的传播速率，进而计算出石墨样品10的弹性模量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种音速法测定石墨弹性模量设备的操作方法，其包括音速法测定石墨弹性模量设备的校正操作方法与音速法测定石墨弹性模量设备的测量操作方法，其特征在于，所述音速法测定石墨弹性模量设备的校正方法包括以下几个步骤：

步骤1)，启动驱动电机(411)正转，使旋转轴(412)旋转，安装有测量探头(2)的螺纹滑套(413)沿旋转轴(412)相向移动，使位于测量探头(2)上方的对称设置测力计(23)各自拉伸，从测力计(23)上读取拉力值；

步骤2)，对比对称设置的测力计(23)上读取的拉力值，拉力值一致，则设备校正完毕，启动驱动电机(411)反转，使螺纹滑套(413)带动测量探头(2)复位，若拉力值不一致，则进行下一步骤；

步骤3)，手动旋转螺纹滑套(413)，调整螺纹滑套(413)在旋转轴(412)的位置，移动测量探头(2)，使对称设置的测力计(23)上显示的拉力值一致，之后，启动驱动电机(411)反转，使螺纹滑套(413)带动测量探头(2)复位；

所述音速法测定石墨弹性模量设备的测量操作方法包括以下几个步骤：

步骤a)，确认脉冲发生器(1)、测量探头(2)与示波器(3)之间连接正确，依次打开脉冲发生器(1)与示波器(3)的电源，设置脉冲发生器(1)的参数与调节示波器(3)；

步骤b)，将石墨样品(10)放置于承接座(52)上，启动上推气缸(51)向上推送承接座(52)，使石墨样品(10)上推至对称设置的测量探头(2)之间；

步骤c)，启动对称设置的夹持气缸(62)分别推送第一夹持爪(63)与第二夹持爪(64)对石墨样品(10)进行夹持固定；

步骤d)，与步骤c)同步的，启动夹持气缸(62)推送的同时，由夹持气缸(62)同步带动位于测量探头(2)初始位置处的涂抹杆(71)旋转，对测量探头(2)进行耦合剂涂抹；

步骤e)，启动驱动电机(411)正转，测量探头(2)沿旋转轴(412)相向移动，测量探头(2)与石墨样品(10)轴向的两端面抵触连接；

步骤f)，启动脉冲发生器(1)对石墨样品(10)发射脉冲信号，脉冲信号自石墨样品(10)轴向一端的测量探头(2)发出，穿过石墨样品(10)由其轴向另一侧的测量探头(2)接收后发送至示波器(3)上，显示出该脉冲信号在石墨样品(10)内传播的波形图，并通过示波器(3)截取该波形图；

步骤g)，重复步骤f)3-5次后，启动驱动电机(411)反转，使测量探头(2)复位，启动夹持气缸(62)复位，使石墨样品(10)释放于承接座(52)上，之后清理石墨样品(10)与测量探头(2)接触端面的耦合剂，清理完成后将石墨样品(10)沿其轴线旋转90°后再次重复步骤c)至步骤f)；

步骤h)，启动驱动电机(411)反转，使测量探头(2)复位，启动夹持气缸(62)复位，使石墨样品(10)释放于承接座(52)上，之后清理石墨样品(10)与测量探头(2)接触端面的耦合剂，并将自承接座(52)将石墨样品(10)取下，上推气缸(51)复位。

2.根据权利要求1所述的一种音速法测定石墨弹性模量设备的操作方法，其特征在于，所述步骤1)中，启动驱动电机(411)正转10-20s后，停止驱动电机旋转，读取测力计(23)拉力值并记录，并重复3-5次，获取多组拉力值结果进行对比，减小误差。

3.根据权利要求1所述的一种音速法测定石墨弹性模量设备的操作方法，其特征在于，所述步骤1)中，在启动驱动电机(411)之前，将石墨样品(10)放置于承接座(52)上，在对测量探头(2)进行校正的过程中，测量探头(2)同步带动校正臂(22)对石墨样品(10)进行轴向位移调整，使石墨样品(10)位于测量探头(2)连线的中轴线上，减小磨损。

4.根据权利要求1所述的一种音速法测定石墨弹性模量设备的操作方法，其特征在于，所述步骤a)中，脉冲发生器(1)的频率为100-10000Hz，激发电压为100V。

5.根据权利要求1所述的一种音速法测定石墨弹性模量设备的操作方法，其特征在于，所述步骤a)中，测量探头( 2) 的频率为2.25MHz。

6.根据权利要求1所述的一种音速法测定石墨弹性模量设备的操作方法，其特征在于，所述步骤a)中，示波器(3)的触发强度为1.17V，探头衰减为1X，信号幅度为1.00V，时间幅度为1.00μs。

7.根据权利要求1所述的一种音速法测定石墨弹性模量设备的操作方法，其特征在于，所述步骤c)中，在第一夹持爪(63)与第二夹持爪(64)对石墨样品(10)进行夹持固定的同时，对石墨样品(10)的中轴线位置进行竖直方向的调整，使石墨样品(10)与测量探头(2)同心设置，提高测量精度。

8.根据权利要求1所述的一种音速法测定石墨弹性模量设备的操作方法，其特征在于，所述步骤d)中，涂抹杆(71)旋转2-3周，对测量探头(2)涂抹厚度为0.5-1mm。

9.根据权利要求1所述的一种音速法测定石墨弹性模量设备的操作方法，其特征在于，所述步骤e)中，测量探头(2)与石墨样品(10)轴向的两端面抵触连接时，测量探头(2)对石墨样品(10)进行推动，使该石墨样品(10)沿其轴线方向移动调整，测量探头(2)对石墨样品(10)两端的抵触压力一致。

10.根据权利要求1所述的一种音速法测定石墨弹性模量设备的操作方法，其特征在于，所述步骤g)中，重复步骤f)3次。

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