CN210108279U - 一种光杠杆装置 - Google Patents

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王伊芸
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Abstract

本实用新型公开了一种光杠杆装置,包括激光笔套、支架台、支撑脚、第一调节螺杆以及第一调节旋钮,支撑脚的上端固定在支架台的底部,支撑脚的下端定位于桌面上,支架台上贯穿有第一螺纹孔,第一螺纹孔轴向相对水平面倾斜设置,第一调节螺杆螺纹连接在第一螺纹孔处,第一调节旋钮固定在第一调节螺杆的上端,第一调节螺杆的下端支撑于平台上,平台固定在竖直悬挂的钢丝上,转动第一调节旋钮以调节支架台的水平度,激光笔套固定安装于支架台的顶部,激光笔套内安放有激光笔。

Description

一种光杠杆装置
【技术领域】
本实用新型涉及一种光杠杆装置,属于光路调节装置领域。
【背景技术】
在大学物理和常用的基础物理实验里,利用光杠杆装置测量微小伸长量的方法,应用于多个实验中,例如金属杨氏模量的测量及固体线膨胀系数的测定。
原光杠杆装置的原理:光杠杆测量装置由光杠杆反射镜、倾角调节架、标尺、望远镜和调节反射镜组成。实验时,将光杠杆两个前足尖放在弹性模量测定仪的固定平台上,后足尖放在待测金属丝的测量端面上。当金属丝受力后,产生微小伸长,后足尖便随着测量端面一起作微小移动,并使得光杠杆绕前足尖转动一个微小角度,从而带动光杠杆反射镜转动相应的微小角度,这样标尺的像在光杠杆反射镜和调节反射镜之间反射,便把这一微小角位移放大成较大的线位移。
在原有实验操作中,往往由于光杠杆装置的调节方法掌握不好,从而使实验的调节时间过长,甚至导致实验不能完成。以往对光杠杆测量装置调节方法的讨论,不甚全面和清楚。此外反光镜比较昂贵,而且在望远镜里面标尺比较困难。
【实用新型内容】
本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足而提供一种操作简便、结构简单的光杠杆装置。
解决上述技术问题,本实用新型采用如下技术方案:
一种光杠杆装置,包括激光笔套、支架台、支撑脚、第一调节螺杆以及第一调节旋钮,支撑脚的上端固定在支架台的底部,支撑脚的下端定位于桌面上,支架台上贯穿有第一螺纹孔,第一螺纹孔轴向相对水平面倾斜设置,第一调节螺杆螺纹连接在第一螺纹孔处,第一调节旋钮固定在第一调节螺杆的上端,第一调节螺杆的下端支撑于平台上,平台固定在竖直悬挂的钢丝上,转动第一调节旋钮以调节支架台的水平度,激光笔套固定安装于支架台的顶部,激光笔套内安放有激光笔。
本实用新型的有益效果为:
实验时,激光笔安装在激光笔套内,使得激光笔套和激光笔的轴线重合。激光笔套由于固定安装于支架台顶部,因此调节支架台的水平度可以调节激光笔套的轴线水平度。支撑脚将支架台支撑在桌面上,第一调节螺杆支撑在固定于铁丝上的平台上,支撑脚和支架台的相对位置固定,因此支撑脚的下端和桌面的相对位置固定,第一螺纹孔轴向相对水平面倾斜,因此第一调节螺杆在第一螺纹孔处的转动能带动支架台在非水平面内活动,从而在竖直方向上带动支架台与第一调节螺杆连接的部分产生位移,进而调节支架台的水平度。进一步的,即使平台水平度不佳,也能通过调节第一调节螺杆的转动进行补偿,而不用依赖于平台的水平度,因此使用环境限制较小。更进一步,即使平台凹凸不平也能适用。
本实用新型所述支撑脚的数量有两个。
本实用新型所述两个支撑脚下端连线垂直于激光笔套的轴向。
本实用新型所述激光笔套的内壁设置有内螺纹,激光笔外壁上设置有外螺纹,激光笔螺纹连接在激光笔套中间。
本实用新型所述支架台包括支架台本体和伸缩块,支架台本体上开设有伸缩槽,伸缩块伸缩式安装在伸缩槽处,伸缩槽轴向相对竖直方向倾斜,第一螺纹孔位于伸缩块上。
本实用新型所述伸缩槽的侧壁上贯穿有第二螺纹孔,第二螺纹孔处螺纹连接有第二调节螺杆,第二调节螺杆的一端顶在伸缩块上,另一端位于伸缩槽外侧,第二调节螺杆位于伸缩槽外侧的端部固定有第二调节旋钮。
本实用新型所述钢丝的下端挂有配重,上端固定在天花板上。
本实用新型的其他特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细的揭露。
【附图说明】
下面结合附图对本实用新型做进一步的说明:
图1为本实用新型实施例光杠杆装置的立体结构示意图;
图2为本实用新型实施例光杠杆装置的主视结构示意图;
图3为本实用新型实施例光杠杆装置的后视结构示意图;
图4为本实用新型实施例光杠杆装置的俯视结构示意图;
图5为本实用新型实施例光杠杆装置的仰视结构示意图;
图6为本实用新型实施例光杠杆装置的右视结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合本实用新型实施例的附图对本实用新型实施例的技术方案进行解释和说明,但下述实施例仅为本实用新型的优选实施例,并非全部。基于实施方式中的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例,都属于本实用新型的保护范围。
在下文描述中,出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系仅是为了方便描述实施例和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或者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实用新型的限制。
实施例:
参见图1-6,本实施例展示的一种光杠杆装置,其应用场景包括但不局限于大学物理实验器具,其可以用于将测量的微小形变量进行放大,例如本实施例中进行的杨氏模量。
光杠杆装置包括激光笔套1、支架台、支撑脚5、第一调节螺杆2以及第一调节旋钮3。
激光笔套1的内腔大致为一个圆锥体,实验时,激光笔安装在激光笔套1内,激光笔的轴线和激光笔套1的轴线尽可能重合。通过调节激光笔套1的轴线水平度进而调节激光笔射出激光的水平度。杨氏模量测试之前需要调节激光轴向水平。
优选的,激光笔套1的内壁设置有螺纹。激光笔通过螺纹设置在激光笔套1的中间,以避免光杠杆装置在调水平和测试过程中激光笔套1和激光笔二者轴线偏离情况的发生。
支架台包括一根横杆4以及一块三角板6,横杆4与三角板6的一条侧边通过螺钉进行固定,使得支架台形状为平板状,横杆4和三角板6共同组成了支架台本体。激光笔套1可以通过如焊接等方式固定在横杆4上,以使得激光笔套1与支架台形成一个整体,通过调节横杆4的水平度以调节激光笔套1的水平度。
激光笔套1轴线与三角板6之间夹角过大的情况,可能会造成三角板6干涉激光光路的问题,因此激光笔套1轴线应当尽可能平行于三角板6。
支撑脚5和第一调节螺杆2均至少部分位于支架台的底部,支撑脚5的下端定位在桌面上,钢丝的上端固定在如天花板上,平台则固定在钢丝上,第一调节螺杆2的下端支撑于平台上。支撑脚5上端固定在横杆4的底部,因此支撑脚5的下端和横杆4的底面之间长度固定。第一调节螺杆2活动设置在支架台上,以使得第一调节螺杆2的下端和支架台的底面之间间距可调。第一调节螺杆2的活动方向为非完全水平方向,即第一调节螺杆2的活动方向和水平面之间存在倾斜角,因此第一调节螺杆2活动时会带动支架台转动,进而使支架台与第一调节螺杆2连接的部分在竖直方向上发生位移,从而支架台上的激光笔的水平度。
采用支撑脚5和第一调节螺杆2配合支撑的方式,即使平台并非水平面的情况下,例如平台上存在凹坑或者凸起,或者平台为斜面,都能够通过调节第一调节螺杆2,使整个支架台在绕支撑脚5的下端转动,实现支架台与第一调节螺杆2连接部分的高度改变,从而改善激光轴向的水平度。
调试之前,可以先行人肉眼粗调第一调节螺杆2,使支架台本体大致水平,相应激光笔套1轴线也会大致水平。粗调阶段,相比激光笔套1轴线的水平度,平板状的支架台本体的水平度更易于进行判断。
本实施例中支撑脚5的数量有两个,分为第一支撑脚和第二支撑脚,通过第一支撑脚、第二支撑脚和第一调节螺杆2三者配合,使得支架台形成三点支撑,其中第一支撑脚和第二支撑脚位于支架台的前部,第一调节螺杆2位于支架台的后部。由于三点即能确定一平面,因此支撑脚5数量过多的情况下,而第一调节螺杆2位于支架台底部下方的长度过小的情况下,可能造成第一调节螺杆2调节失灵的情况。而仅靠一根支撑脚5配合一根第一调节螺杆2对支架台支撑效果不稳的情况,支撑脚5的数量限定为两个具有较大的实际操作性。
此外不直接增加第一调节螺杆2的数量,将第一调节螺杆2的数量限定为一根是为了在调水平过程中减少调节变量。相应第一调节螺杆2在活动时实质为支架台绕两个支撑脚5的下端连线进行转动,相应激光笔套1也是绕该连线转动。
因此,两个支撑脚5下端连线需要垂直于激光笔套1的轴向,以确保激光笔套1的轴线转动合适角度必然存在一个位置在水平面内。
桌面为水平面的情况下,两个支撑脚5下端连线同样在水平面内,相应激光水平度仅决定于第一调节螺杆2位置,因此只需要调节第一调节螺杆2就能控制激光水平度,使得第一调节螺杆2的下端进行单点调节。同时不论平台相对水平面倾斜与否,平台和桌面之间存在高度与否,都能适用上述调节方式。只是平台水平度高,与桌面高度差较小的情况下,第一调节螺杆2的调节范围较小。
调水平时,钢丝下端不设置配重。调水平完成后,激光对准几米远处的0刻度线上,之后钢丝下端挂起配重,钢丝拉伸,连带平台以及平台上的第一调节螺杆2下移,下移过程中第一调节螺杆2的下端始终支撑于平台上。第一调节螺杆2下移过程中支架台发生转动,激光在刻度线上位置发生偏移,从而测量钢丝伸长量,达到测试钢丝杨氏模量的目的。
本实施例支架台还包括伸缩块7,三角板6相对于横杆4的端部开设有伸缩槽,伸缩块7伸缩式安装在伸缩槽处,伸缩块7上贯穿有第一螺纹孔,第一调节螺杆2螺纹连接在第一螺纹孔处,第一螺纹孔和第一调节螺杆2的轴向均相对水平面倾斜,因此第一调节螺杆2能够在竖直方向上带动支架台位于第一螺纹孔处的部分发生位移,进而使支架台转动。
其中第一调节旋钮3固定在第一调节螺杆2的上端,转动第一调节旋钮3以调节第一调节螺杆2在第一螺纹孔处的位置,改变伸缩块7底面和第一调节螺杆2下端间距,进而调节支架台以及激光笔套1轴线水平度。同时利用第一调节螺杆2和第一螺纹孔螺纹配合实现自锁,同时便于实时连续调节。第一调节旋钮3除了便于旋转第一调节螺杆2外,还能对第一调节螺杆2在第一螺纹孔处的位置进行限位。
同时为了避免第一调节旋钮3和第一调节螺杆2对激光光路的影响,激光的发光点位于激光笔套1远离第一调节旋钮3的一端。
伸缩块7的轴向相对竖直平面倾斜,因此伸缩块7在伸缩槽内进出可以改变激光笔发光点和第一调节螺杆2之间的水平间距,从而改变测试过程中光杠杆放大比例。由于钢丝形变量很小,因此支架台转动角度很小,相应伸缩块7在伸缩槽外的部分越多,钢丝拉伸造成平台下移相同距离情况下,激光轴线相对水平面转动的角度越小,相应刻度线上的偏移越小。
优选的,伸缩槽的侧壁上贯穿有第二螺纹孔,第二螺纹孔处螺纹连接有第二调节螺杆,第二调节螺杆的一端顶在伸缩块7上,另一端位于伸缩槽外侧,第二调节螺杆位于伸缩槽外侧的端部固定有第二调节旋钮8。旋转第二调节旋钮8以控制第二调节螺杆对伸缩块7的锁紧或松开,进而调节伸缩块7在伸缩槽内位置。
在光杠杆装置调水平过程中,应当先行调试伸缩块7在伸缩槽中的位置,再调节第一调节螺杆2。如果先行调试第一调节螺杆2,使激光轴线水平,此时伸缩槽轴向未必处于水平面内,此时调节伸缩块7有可能会对激光轴线水平度产生破坏。
以本实施例中第一调节螺杆2竖直或大致竖直设置,伸缩槽轴向水平或大致水平设置为例,伸缩槽使得第一调节螺杆2增加了在水平面内的移动自由度,因此能够调节第一调节螺杆2和支撑脚5的水平间距,改变光杠杆比例。同理,在其他实施例中,只要伸缩槽轴向不沿竖直方向,则伸缩槽都能够增加第一调节螺杆2在水平面内的活动自由度,从而改变光杠杆比例。
本实施例中杨氏模量的测量省略了原有的反光镜,应用光杠杆的原理,将所测钢丝的微小变量用激光进行放大,省略了用反光镜延长射程的步骤,激光不需要进行反射,减少了能量的损耗。简化了实验步骤,不需要花费大量时间去寻找望远镜里面的标尺,进行操作困难的读数步骤。只需要直接读出激光在数米远处所设的标尺上的变化量,读数简单,实验效果明显。
以上所述,仅为本实用新型的具体实施方式,但本实用新型的保护范围并不局限于此,熟悉该本领域的技术人员应该明白本实用新型包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本实用新型的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (7)

1.一种光杠杆装置,其特征在于:包括激光笔套、支架台、支撑脚、第一调节螺杆以及第一调节旋钮,支撑脚的上端固定在支架台的底部,支撑脚的下端定位于桌面上,支架台上贯穿有第一螺纹孔,第一螺纹孔轴向相对水平面倾斜设置,第一调节螺杆螺纹连接在第一螺纹孔处,第一调节旋钮固定在第一调节螺杆的上端,第一调节螺杆的下端支撑于平台上,平台固定在竖直悬挂的钢丝上,转动第一调节旋钮以调节支架台的水平度,激光笔套固定安装于支架台的顶部,激光笔套内安放有激光笔。
2.根据权利要求1所述的光杠杆装置,其特征在于:所述支撑脚的数量有两个。
3.根据权利要求2所述的光杠杆装置,其特征在于:所述两个支撑脚下端连线垂直于激光笔套的轴向。
4.根据权利要求1所述的光杠杆装置,其特征在于:所述激光笔套的内壁设置有内螺纹,激光笔外壁上设置有外螺纹,激光笔螺纹连接在激光笔套中间。
5.根据权利要求1所述的光杠杆装置,其特征在于:所述支架台包括支架台本体和伸缩块,支架台本体上开设有伸缩槽,伸缩块伸缩式安装在伸缩槽处,伸缩槽轴向相对竖直方向倾斜,第一螺纹孔位于伸缩块上。
6.根据权利要求5所述的光杠杆装置,其特征在于:所述伸缩槽的侧壁上贯穿有第二螺纹孔,第二螺纹孔处螺纹连接有第二调节螺杆,第二调节螺杆的一端顶在伸缩块上,另一端位于伸缩槽外侧,第二调节螺杆位于伸缩槽外侧的端部固定有第二调节旋钮。
7.根据权利要求1所述的光杠杆装置,其特征在于:所述钢丝的下端挂有配重,上端固定在天花板上。
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