CN210051639U - 多重反射激光光杠杆测量金属杨氏模量的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出的是一种多重反射激光光杠杆测量金属杨氏模量的装置，其结构包括金属丝、微型数显拉力传感器、微型升降台、底座、支杆、支架、L型平台支架；其中微型数显拉力传感器固定于底座的上表面中央，2根相互平行的支杆固定于底座的上表面，L型平台支架水平设于2根支杆的中部，支架水平设于2根支杆的顶部，金属丝竖直设于支架和L型平台支架之间，金属丝的顶端固定于支架中部，金属丝的底端穿过L型平台支架中部，并通过微型数显拉力传感器连接微型升降台。本实用新型的优点：不用调节光路，提高实验效率，降低了实验室占用空间；放大倍数不受到限制；降低了成本；可以准确测量出待测金属丝受力部分的长度。

Description

多重反射激光光杠杆测量金属杨氏模量的装置

技术领域

本实用新型涉及的是一种多重反射激光光杠杆测量金属杨氏模量的装置，属于测量仪器设备技术领域。

背景技术

传统的测量金属杨氏模量的装置的结构如说明书附图1（a）所示，其放大原理：△L=△x/N；其放大倍数：N=2D/b。要想使放大倍数N达到很大，就要常数D足够大和b足够小。但是在实验室条件下，D一般取1.0米左右，b取0.08米，放大倍数受到实验室空间的限制，放大倍数一般为二十几倍。

上述传统金属杨氏模量测量装置缺点包括：

1）光路调节复杂困难，实验操作效率低，调节时间长：传统杨氏模量测量装置需经过目测调整 （粗调）、调焦找尺 、细调光路水平等步骤，上述调节过程如果掌握不好，就会导致光路调节时间太长，实验不能按时完成；

2）放大倍数受到限制，测量物理量较多，系统误差大：目前现有的光杠杆放大倍数为二十几倍，要想增大放大倍数，就要增大望远镜到B平面镜的距离D（1米以上），从而就会受到实验室空间的限制。常数D和b不易测量，精度比较低误差大；

3）读数望远镜成本高，实验操作占用空间大：目前市场上读数望远镜价格一般为2000元以上，光杠杆装置成本为500-600元左右（两个平面镜、激光器、螺旋测微计平移台）；读数望远镜要在距离加热系统1米以上位置，占用大量空间；

4）金属丝受力部分的长度测量存在偏差：现有实验装置中夹头夹住金属丝的受力点在夹头的中间，测量金属丝的长度时，只能测量两个夹头之间外部的金属丝长度，两个夹头内部的部分金属丝长度不能测量，存在偏差；

5）金属丝受力变化大，且改变受力情况操作不便：现有实验装置采用改变砝码的数量来改变金属丝的受力大小，通常情况下每次是增加或减小1kg去改变受力大小，如果每次增加或减小的太小，受到传统光杠杆放大倍数的限制，标尺的读数不会发生变化。同时，由于望远镜和改变砝码数量之间的距离（D）在1米以上，则操作很不方便，有时候操作者来回改变砝码数量会一不小心碰到镜尺组装置，从而造成实验失败。

发明内容

本实用新型的目的在于克服传统杨氏模量测量装置存在的上述缺陷，提供一种采用多重反射激光光杠杆测量金属杨氏模量的装置，从而降低实验室占用空间；解决光路调节困难问题，提供学生实验效率；减少物理量的测量，降低实验系统误差，提高实验精度。

本实用新型的技术解决方案：多重反射激光光杠杆测量金属杨氏模量的装置，其结构包括金属丝、微型数显拉力传感器、微型升降台、底座、支杆、支架、L型平台支架；其中微型数显拉力传感器固定于底座的上表面中央，2根相互平行的支杆固定于底座的上表面，L型平台支架水平设于2根支杆的中部，支架水平设于2根支杆的顶部，金属丝竖直设于支架和L型平台支架之间，金属丝的顶端固定于支架中部，金属丝的底端穿过L型平台支架中部，并通过微型数显拉力传感器连接微型升降台。

优选的，所述的支架的中部设有A固定夹头，用于固定金属丝的顶端，支架的两侧通过固定螺旋结构与2根支杆连接，并可通过旋转固定螺旋结构调节支架的相对高度。

优选的，所述的L型平台支架呈倒L型，其中央部设有B固定夹头，用于穿过金属丝的底端并固定，L型平台支架的两侧通过固定螺旋结构与2根支杆连接，并可通过旋转固定螺旋结构调节L型平台支架的相对高度；L型平台支架向下弯曲的一端设有螺旋测微计平移台，螺旋测微计平移台的顶部设有竖直的A平面镜，A平面镜的底部设有2个后足尖，同时设有向前延伸的前足尖，前足尖的顶端与B固定夹头3的顶部相接；L型平台支架水平的另一端设有竖直的B平面镜，B平面镜的顶部设有竖直的标尺，B平面镜的底部设有激光发射器，激光发射器的下端与激光器入射角度调节螺钉连接。

本实用新型的优点：

1）不用调节光路，提高实验效率，降低了实验室占用空间；

2）不用测量常数D和b，测量物理量少，提高了实验测量精度；

3）本装置可以放大50倍以上，金属丝受力变化很小，也能观察出标尺读数的变化；

4）放大倍数不受到限制，可以通过改变激光入射角度、两个B平面镜的长度以及之间的间距，来增大放大倍数；

5）用激光代替读数望远镜，降低了成本；

6）该装置采用的夹头，夹住金属丝的受力点在夹头尾部，可以准确测量出待测金属丝受力部分的长度；

7）采用拉力传感器和微型升降台，可以使金属丝受力连续变化，且操作方便。

附图说明

附图1（a）是传统杨氏模量实验装置结构图；附图1（b）是传统光杠杆原理图。

附图2是本实用新型多重反射激光光杠杆测量金属杨氏模量的装置的结构示意图。

附图3是本实用新型多重反射激光光杠杆测量金属杨氏模量的装置测量光路示意图。

具体实施方式

下面根据说明书附图进一步说明本实用新型的技术方案。

如图2所示，多重反射激光光杠杆测量金属杨氏模量的装置，其结构包括金属丝1、微型数显拉力传感器4、微型升降台5、底座6、支杆7、支架8、L型平台支架9；其中微型数显拉力传感器4固定于底座6的上表面中央，2根相互平行的支杆7固定于底座6的上表面，L型平台支架9水平设于2根支杆7的中部，支架8水平设于2根支杆7的顶部，金属丝1竖直设于支架8和L型平台支架9之间，金属丝1的顶端固定于支架8中部，金属丝1的底端穿过L型平台支架9中部，并通过微型数显拉力传感器4连接微型升降台5。

所述的支架8的中部设有A固定夹头2，用于固定金属丝1的顶端，支架8的两侧通过固定螺旋结构与2根支杆7连接，并可通过旋转固定螺旋结构调节支架8的相对高度。

所述的L型平台支架9呈倒L型，其中央部设有B固定夹头3，用于穿过金属丝1的底端并固定，L型平台支架9的两侧通过固定螺旋结构与2根支杆7连接，并可通过旋转固定螺旋结构调节L型平台支架9的相对高度；L型平台支架9向下弯曲的一端设有螺旋测微计平移台14，螺旋测微计平移台14的顶部设有竖直的A平面镜10，A平面镜10的底部设有2个后足尖13，同时设有向前延伸的前足尖12，前足尖12的顶端与B固定夹头3的顶部相接；L型平台支架9水平的另一端设有竖直的B平面镜11，B平面镜11的顶部设有竖直的标尺16，B平面镜11的底部设有激光发射器15，激光发射器15的下端与激光器入射角度调节螺钉17连接。

实际测量时，所述的待测金属丝1通过A固定夹头2和B固定夹头3固定起来，金属丝1下端链接微型数显拉力传感器4，通过微型升降台5改变金属丝的受力情况。A平面镜10的前足尖12放在B固定夹头3的上面，两个后足尖13放在螺旋测微计平移台14上面，激光发射器15发出的激光经过A平面镜10和B平面镜11之间的多次反射，由A平面镜10照射到标尺16上面。当被测金属丝1受力变化一个微小位移时，放在B固定夹头3上面的前足尖12就会带动A平面镜10偏转一个微小角度，由A平面镜10照射在标尺16上的激光相应的会产生一个较大位移量。同时可以通过调节激光器入射角度调节螺钉17，改变激光的入射角度或者A平面镜10和B平面镜11长度，增加光束在两个B平面镜之间的反射次数，从而增大光杠杆的放大倍数。

本实用新型的测量光路如图2所示，在测量前，通过调节螺旋测微计平移台14读出使A平面镜10升高或者降低一微小位移d，同时记录激光在标尺16上的前后读数差△x，从而直接确定放大倍数N=△x/d。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.多重反射激光光杠杆测量金属杨氏模量的装置，其特征是包括金属丝（1）、微型数显拉力传感器（4）、微型升降台（5）、底座（6）、支杆（7）、支架（8）、L型平台支架（9）；其中微型数显拉力传感器（4）固定于底座（6）的上表面中央，2根相互平行的支杆（7）固定于底座（6）的上表面，L型平台支架（9）水平设于2根支杆（7）的中部，支架（8）水平设于2根支杆（7）的顶部，金属丝（1）竖直设于支架（8）和L型平台支架（9）之间，金属丝（1）的顶端固定于支架（8）中部，金属丝（1）的底端穿过L型平台支架（9）中部，并通过微型数显拉力传感器（4）连接微型升降台（5）。

2.根据权利要求1所述的多重反射激光光杠杆测量金属杨氏模量的装置，其特征是所述的支架（8）的中部设有A固定夹头（2），用于固定金属丝（1）的顶端，支架（8）的两侧通过固定螺旋结构与2根支杆（7）连接。

3.根据权利要求1所述的多重反射激光光杠杆测量金属杨氏模量的装置，其特征是所述的L型平台支架（9）呈倒L型，其中央部设有B固定夹头（3），用于穿过金属丝（1）的底端并固定，L型平台支架（9）的两侧通过固定螺旋结构与2根支杆（7）连接。

4.根据权利要求3所述的多重反射激光光杠杆测量金属杨氏模量的装置，其特征是所述的L型平台支架（9）向下弯曲的一端设有螺旋测微计平移台（14），螺旋测微计平移台（14）的顶部设有竖直的A平面镜（10），A平面镜（10）的底部设有2个后足尖（13），同时设有向前延伸的前足尖（12），前足尖（12）的顶端与B固定夹头（3）的顶部相接。

5.根据权利要求3所述的多重反射激光光杠杆测量金属杨氏模量的装置，其特征是所述的L型平台支架（9）水平的另一端设有竖直的B平面镜（11），B平面镜（11）的顶部设有竖直的标尺（16），B平面镜（11）的底部设有激光发射器（15），激光发射器（15）的下端与激光器入射角度调节螺钉（17）连接。

Images