CN201607372U - 一种新型高精度金属丝杨氏模量测量装置 - Google Patents

Abstract

一种新型高精度金属丝杨氏模量测量装置，属于检测仪器领域，本装置由包括金属杆1、支架螺母2、底座3的支架和包括上部钢制夹具4、夹具固定螺杆5、下部钢制夹具9、柱状金属夹具10、金属圆环13、带挂钩的砝码托盘14的拉伸机构组成。两根平行的金属杆由支架螺母固定在底座上。金属杆上、下部各固定有上、下部钢制夹具；柱状金属夹具为方形，其外表面穿过下部钢制夹具中的方孔，待测金属丝上端固定在上部钢制夹具上，下端固定在柱状金属夹具上，在柱状金属夹具下端连接的砝码托盘中加入砝码，金属丝被拉伸，利用激光成一定角度照射柱状金属夹具经喷砂处理的散射表面，并采集图像，即可根据所得图像测出金属丝的杨氏模量，所得数值精度较高。

Description

一种新型高精度金属丝杨氏模量测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种杨氏模量测量装置，具体地说是一种新型高精度金属丝杨氏模量测量装置，属于检测仪器领域。

背景技术

目前测量金属丝杨氏模量的传统方法是采用拉伸法，利用平面镜和望远镜组成的光杠杆把金属丝的微小伸长量放大后测量。这种测量方法由于测量实验场地的限制，测量精度一般只达到0.01mm，而且调节过程很费时。还有一种方法是利用千分表来测量金属丝的伸长量，但千分表的固定以及如何和金属丝连接固定比较困难，影响了测量的精度。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种新的测量精度高的金属丝杨氏模量测试装置。

实现本实用新型目的的技术方案为：本装置由支架及拉伸机构组成；所述支架包括金属杆1、支架螺母2、底座3；其中，金属杆1由两根平行的金属杆组成，底座3有三根支撑脚，两根平行的金属杆1由支架螺母2固定在底座3上；所述拉伸机构包括上部钢制夹具4、夹具固定螺杆5、下部钢制夹具9、柱状金属夹具10、金属圆环13、带挂钩的砝码托盘14；其中，所述上部钢制夹具4的中央有一个孔，孔内有一个用来夹紧待测金属丝6的两个半圆柱体夹子7，该夹子可由螺栓8收紧以夹紧待测金属丝6，上部钢制夹具4用夹具固定螺杆5固定在两根平行的金属杆1的上部；所述下部钢制夹具9可沿两根平行的金属杆1上下滑动，并用夹具固定螺杆5固定在两根平行的金属杆1的中、下部，下部钢制夹具9的中央有一个内壁光滑的方孔；所述柱状金属夹具10为方形柱，其外壁穿过下部钢制夹具9的中央的方孔，并与该孔滑动配合，柱状金属夹具10内沿轴向有一个槽，槽中放置有活动金属片12，在槽的底部沿轴线中心位置有一个供待测金属丝6穿过的圆孔，柱状金属夹具10的一个侧面有一螺孔供压紧螺栓11旋入，压紧螺栓11旋入后可压紧金属片12，柱状金属夹具10与压紧螺栓11相背对的那个侧面的上端经过喷砂处理成散射表面；所述金属圆环13固定在柱状金属夹具10的下端，所述砝码托盘14通过其上端的挂钩挂在金属圆环13上；

本测量装置的使用方法为：当测量金属丝的杨氏模量时，将金属丝的上端用上部钢制夹具4上的两个半圆柱体夹子7夹住，并由螺栓8夹紧，金属丝的下端通过柱状金属夹具10的槽并进入槽底的圆孔内，旋入压紧螺栓11推动活动金属片12将待测金属丝6压紧，柱状金属夹具10从下部钢制夹具9中部的方孔中穿过，且可以随着金属丝6的拉伸在圆孔中上下移动。

半导体激光器15发出的细激光束经一个扩束镜16和一个准直凸透镜17后变为平行光，以约45度左右角度水平照射到柱状金属夹具10经喷砂处理成散射表面的那个侧面，在同一高度的位置距离哑光侧面约30cm处固定放置采集散斑图像的CCD18，激光照射和图像采集各元件的摆放位置详见图4。先加载一定的砝码重量使金属丝6完全拉直，用CCD18采集第一幅散斑图像，再依次添加砝码，用CCD18采集相应的散斑图像。最后通过多组图像处理结果就可以计算出金属丝的平均伸长量，最后再分别用米尺测量出金属丝的原长和用螺旋测微仪测出金属丝的直径就可以计算出金属丝的杨氏模量。

本发明的原理是：根据散斑场的一个重要性质，即散射物体平移前后，如果平移很小，则平移前后的散斑场是两套间距等于平移距离、分布完全相同的散斑场，这些等距、成对的散斑对，也称为“杨氏双孔”，利用CCD采集金属丝拉伸前后的散斑场，利用图像加法运算将两幅散斑场图像相叠加，再对叠加图像进行傅里叶变换，便得到叠加图像的频谱，也就是“杨氏双孔”的夫琅和费衍射图样，即类似双缝的夫琅和费衍射图样——等距平行条纹，通过用图像处理的方法，根据平行条纹的间距就可算出双孔对的间距，即金属丝的伸长量。这种方法的测量精度可达到图像的像素级，现在1024×1024阵列的CCD的像素尺寸约为0.005mm，因此本方法可达到较高的测量精度。

本实用新型的有益效果是：由于采用本装置后，可将金属丝的微小伸长变化用散斑场的性质测量出来，故测量精度高，且利用散射的方式测量，无需太大的场地就可达到较高的精度等级。

附图说明

图1是本装置的主视图；

图2是本装置上部钢制夹具的俯视图；

图3是图1的A-A剖视图；

图4是对本装置进行激光照射及图像采集的示意图。

图中，各附图标记为：1金属杆、，2、支架螺母，3、底座，4、上部钢制夹具，5、夹具固定螺杆，6、待测金属丝，7、夹子，8、螺栓，9、下部钢制夹具，10、柱状金属夹具，11、压紧螺栓，12、活动金属片，13、金属圆环，14、砝码托盘，15、半导体激光器，16、扩束镜，17、准直凸透镜，18、CCD，19、光学设备支架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例结本实用新型作进一步说明：

实施例：见图1-图3，两根不锈钢金属杆1通过支架螺母2竖直平行地固定在有三只脚的底座3上，三只脚上的螺母可调节底座3的水平，钢制夹具4通过两个夹具固定螺杆5固定在不锈钢金属杆1的上部位置，待测金属丝6从两个半圆柱体7中间穿过，两个半圆柱体7再从钢制夹具4中间的圆孔穿过，二者实现一个较松的滑动配合，保证两个半圆柱体夹具7之间夹持了金属丝后仍可穿过钢制夹具4中间的圆孔。在钢制夹具4的中央位置的侧面开有一个贯穿的螺丝孔，旋紧穿过这个螺丝孔的螺栓8，螺栓8的前端顶压在其中一个半圆柱体7的侧面，这个压力使得两个半圆柱体夹具7夹紧待测金属丝6的上端，使其和夹具4一起保持固定不动。截面为方形的柱状金属夹具10沿轴向有一个槽，槽的一个侧面正好处于柱状金属夹具10的中轴线上，沿柱状金属夹具10的中轴线在槽底开有一个刚好能穿过待测金属丝6的细孔，槽内放置有一活动金属片12，柱状金属夹具10与槽平行的一个面上有供压紧螺栓11旋入的螺孔，待测金属丝6从柱状金属夹具10的槽中通过并进入槽底的孔内，旋紧压紧螺栓11，加压于活动金属片12而压紧待测金属丝6，柱状金属夹具10夹紧待测金属丝6后穿过钢制夹具9的光滑方孔，这样，柱状金属夹具10可随待测金属丝6的拉伸在钢制夹具9的方孔中上下移动，方孔和柱状金属夹具10实现滑动配合；在柱状金属夹具10露出下部钢制夹具9上表面约1cm、其中与压紧螺母11相背对的那个侧面经喷砂处理成散射表面，用来产生细腻的散斑。

当在柱状金属夹具10下端的圆环13的砝码托盘14上添加砝码时，待测金属丝6受到拉伸，柱状金属夹具10整体随着待测金属丝6的拉伸而向下平移，用多个0.5kg的砝码逐次增加重量在砝码托盘上，激光照射及图像采集示意图(见图表)中CCD记录的散斑场就可以算出待测金属丝6的伸长量，从而达到测量金属丝6杨氏模量的目的。

Claims (1)

1.一种新型高精度金属丝杨氏模量测量装置，其特征在于：本装置由支架及拉伸机构组成；所述支架包括金属杆(1)、支架螺母(2)、底座(3)；其中，金属杆(1)由两根平行的金属杆组成，底座(3)有三根支撑脚，两根平行的金属杆(1)由支架螺母(2)固定在底座(3)上；所述拉伸机构包括上部钢制夹具(4)、夹具固定螺杆(5)、下部钢制夹具(9)、柱状金属夹具(10)、金属圆环(13)、带挂钩的砝码托盘(14)；其中，所述上部钢制夹具(4)的中央有一个孔，孔内有一个用来夹紧待测金属丝(6)的两个半圆柱体夹子(7)，该夹子可由螺栓(8)收紧以夹紧待测金属丝(6)，上部钢制夹具(4)用夹具固定螺杆(5)固定在两根平行的金属杆(1)的上部；所述下部钢制夹具(9)可沿两根平行的金属杆(1)上下滑动，并用夹具固定螺杆(5)固定在两根平行的金属杆(1)的中、下部，下部钢制夹具(9)的中央有一个内壁光滑的方孔；所述柱状金属夹具(10)为方形柱，其外壁穿过下部钢制夹具(9)的中央的方孔，并与该孔滑动配合，柱状金属夹具(10)内沿轴向有一个槽，槽中放置有活动金属片(12)，在槽的底部沿轴线中心位置有一个供待测金属丝(6)穿过的圆孔，柱状金属夹具(10)的一个侧面有一螺孔供压紧螺栓(11)旋入，压紧螺栓(11)旋入后可压紧金属片(12)，柱状金属夹具(10)与压紧螺母(11)相背对的那个侧面的上端经过喷砂处理成散射表面；所述金属圆环(13)固定在柱状金属夹具(10)的下端，所述砝码托盘(14)通过其上端的挂钩挂在金属圆环(13)上。

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