CN210863368U

CN210863368U - 光纤激光杨氏模量实验仪

Info

Publication number: CN210863368U
Application number: CN201921022185.0U
Authority: CN
Inventors: 王娇; 高朋; 梁硕; 王宇航; 张丹昊; 崔红蕊; 孙辉
Original assignee: Shenyang Normal University
Current assignee: Shenyang Normal University
Priority date: 2019-07-03
Filing date: 2019-07-03
Publication date: 2020-06-26
Anticipated expiration: 2029-07-03

Abstract

本实用新型公开了光纤激光杨氏模量实验仪，包括：金属丝自由端锁紧手轮、砝码盘挂钩、自由端滑轨、金属丝固定端锁紧手轮、反射镜支架、反射镜和用来承载上述全部的主体机架，还包括有：提供电源、调节信号的机箱、粗调齿条支撑棒、粗调手轮、光纤激光探测器支架、光纤激光探测器、微调滑台和调平地脚，所述金属丝固定端锁紧手轮位于所述主体机架上端。该实验仪便于通过光纤激光对金属丝的拉伸长度进行准确的测量，相比较一般的光杠杆法等实验技术和方法，光纤激光杨氏模量实验仪可以最大化减少实验系统误差，便于读数，提高实验结果的准确性，更加便于教学使用，使得学生对于杨氏模量理解的透彻，有助于国家实验建设。

Description

光纤激光杨氏模量实验仪

技术领域

本实用新型涉及一种实验仪领域，特别提供了光纤激光杨氏模量实验仪。

背景技术

实验仪就是在进行验证某些结论的仪器的总称。

国家的不断发展，与人才之间是密不可分的，现如今的学生们如果对知识的掌握更加透彻，就容易在工作中对难以解决的技术问题进行解决，就对国家的整体建设就会有帮助，因此在学生了解知识的过程中，会借助实验室内的仪器对某些理论进行良好的理解，对于杨氏模量这个定理来说，对于工作中选定材料来说是比较重要的，例如在建造大桥时，选择哪种材料能够满足弹性形变的要求，就需要借助杨氏模量(弹性模量)，根据E＝4F*L/πd²△ L测试杨氏模量时，材料伸长量△L比较小是不容易侧准的，因此测定杨氏模量的装置，都是围绕如果测量伸长量而设计的，因此传统的直尺测量，测量的不准，测量的不准，就容易造成误差，误差太大，对于造桥来说，影响也是比较大的，就容易使得桥梁不稳定等，因此为了解决这个问题，设计一种便于准确测量的实验仪对于学生而言是很有必要的。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型的目的在于提供光纤激光杨氏模量实验仪，以解决现有技术中没有专用设备对准确测量弹性形变的问题。

本实用新型提供的技术方案是：光纤激光杨氏模量实验仪，包括:金属丝自由端锁紧手轮、砝码盘挂钩、自由端滑轨、金属丝固定端锁紧手轮、反射镜支架、反射镜和用来承载上述所有件的主体机架，还包括有：提供电源、调节信号的机箱、粗调齿条支撑棒、粗调手轮、光纤激光探测器支架、光纤激光探测器、微调滑台和调平地脚，所述金属丝固定端锁紧手轮位于所述主体机架上端，所述金属丝自由端锁紧手轮位于金属丝固定端锁紧手轮下端、且之间通过所述自由端滑轨连接，所述金属丝自由端锁紧手轮可在所述自由端滑轨上竖直移动，所述自由端滑轨下端设有用以限制所述金属丝自由端锁紧手轮移动的滑块保险，所述砝码盘挂钩位于所述金属丝自由端锁紧手轮下端、用以放置不同砝码调节所述金属丝自由端锁紧手轮竖直移动位置，所述反射镜通过所述反射镜支架与所述金属丝自由端锁紧手轮侧表面连接、且随着所述金属丝自由端锁紧手轮竖直移动，所述机箱上且位于主体机架一侧设有用以承载所述粗调齿条支撑棒和所述微调滑台的辅助支架，所述粗调齿条支撑棒用以支撑所述微调滑台，所述粗调手轮位于所述粗调齿条支撑棒侧表面、通过拧动锁紧所述微调滑台，所述光纤激光探测器支架和所述光纤激光探测器位于所述微调滑台前侧，所述光纤激光探测器支架和所述光纤激光探测器可跟随所述微调滑台进行竖直移动，所述调平地脚位于所述机箱下表面、用以调整支撑。

优选地，所述机箱内部包括有:用以提供电源的内部电路，用以控制启动的安装开关、用以显示电压数值的电压表头和用以达到无光和稳定信号的耦合块。

进一步优选，所述调平地脚包括上端的调节部和下端的支撑部。

进一步优选，所述反射镜可在所述反射镜支架上水平调整，所述光纤激光探测器可在所述光纤激光探测器支架上水平调整。

进一步优选，所述粗调齿条支撑棒的行程为200mm，所述微调滑台的行程为25mm。

本实用新型提供的光纤激光杨氏模量实验仪，便于通过光纤激光对金属丝的拉伸长度进行准确的测量，相比较一般的光杠杆法等实验技术和方法，光纤激光杨氏模量实验仪可以最大化减少实验系统误差，便于读数，提高实验结果的准确性，更加便于教学使用，使得学生对于杨氏模量理解的透彻，有助于国家实验建设。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：

图1为本光纤激光杨氏模量实验仪的结构示意图；

图2为本光纤激光杨氏模量实验仪中微调平台的局部立体图；

图3为本光纤激光杨氏模量实验仪中所述金属丝自由端锁紧手轮、自由端滑轨、反射镜支架、反射镜、光纤激光探测器支架、光纤激光探测器和所述滑块保险相配合的局部立体图；

图4为本光纤激光杨氏模量实验仪中所述机箱的局部立体图；

图5为本光纤激光杨氏模量实验仪的正视图；

图6为本光纤激光杨氏模量实验仪中所述金属丝自由端锁紧手轮、所述砝码盘挂钩、所述自由端滑轨、所述金属丝固定端锁紧手轮、所述主体机架和所述滑块保险相配合的侧视图；

图7为本光纤激光杨氏模量实验仪中所述粗调齿条支撑棒、所述粗调手轮和所述微调滑台相配合的侧视图；

图8为本光纤激光杨氏模量实验仪中的电路连接图；

图中：1、金属丝自由端锁紧手轮；2、砝码盘挂钩；3、自由端滑轨；4、金属丝固定端锁紧手轮；5、反射镜支架；6、反射镜；7、主体机架；8、机箱；9、粗调齿条支撑棒；10、粗调手轮；11、光纤激光探测器支架；12、光纤激光探测器；13、微调滑台；14、调平地脚；15、滑块保险。

具体实施方式

下面将结合具体的实施方案对本实用新型进行进一步的解释，但并不局限本实用新型。

如图1-8所示，本实用新型提供了光纤激光杨氏模量实验仪，包括:金属丝自由端锁紧手轮1、砝码盘挂钩2、自由端滑轨3、金属丝固定端锁紧手轮 4、反射镜支架5、反射镜6和用来承载上述所有件的主体机架7，还包括有：提供电源、调节信号的机箱8、粗调齿条支撑棒9、粗调手轮10、光纤激光探测器支架11、光纤激光探测器12、微调滑台13和调平地脚14，所述金属丝固定端锁紧手轮4位于所述主体机架7上端，所述金属丝自由端锁紧手轮1位于金属丝固定端锁紧手轮4下端、且之间通过所述自由端滑轨3连接，所述金属丝自由端锁紧手轮1可在所述自由端滑轨3上竖直移动，所述自由端滑轨3下端设有用以限制所述金属丝自由端锁紧手轮1移动的滑块保险 15，所述砝码盘挂钩2位于所述金属丝自由端锁紧手轮1下端、用以放置不同砝码调节所述金属丝自由端锁紧手轮1竖直移动位置，所述反射镜6通过所述反射镜支架5与所述金属丝自由端锁紧手轮1侧表面连接、且随着所述金属丝自由端锁紧手轮1竖直移动，所述机箱8上且位于主体机架7一侧设有用以承载所述粗调齿条支撑棒9和所述微调滑台13的辅助支架，所述粗调齿条支撑棒9用以支撑所述微调滑台13，所述粗调手轮10位于所述粗调齿条支撑棒9侧表面、通过拧动锁紧所述微调滑台13，所述光纤激光探测器支架11和所述光纤激光探测器12位于所述微调滑台13前侧，所述光纤激光探测器支架11和所述光纤激光探测器12可跟随所述微调滑台13进行竖直移动，所述调平地脚14位于所述机箱8下表面、用以调整支撑，在进行实验时，将被测金属丝的一端放置在金属丝固定端锁紧手轮4处，通过内部拧动锁紧手轮，将金属丝的一端进行固定，金属丝的下端放置在金属丝自由端锁紧手轮1内，通过内部拧动锁紧手轮，将金属丝的下端进行固定，将位于机箱8内的电源和光纤激光探测器12打开，将微调滑台13测微头指数调到接近0mm处，粗调由光纤激光探测器12产生的光纤光源与反射镜6间距离到接近0，其中微调滑台13内包括有微分探头，其中微分探头为人工手握拧动端使其在螺杆上移动来调整移动位置的，调整微分滑台13的移动就是通过调整微分探头的移动而移动，微调滑台13带这光纤激光探测器支架11 和光纤激光探测器12进行移动时，改变与反射镜6之间的距离，其中在微调滑台13进行移动时，利用光纤传感原理，可以测到在移动到不同位置时的电压数值，其中光纤激光探测器12内部包括有：光源光纤，接收光纤，内部电路，电转换器，光强探测器等，其中光纤激光探测器12中的探头一端由两束多模光纤合并而成，另一端分为两束，分别作为光源光纤，接收光纤，光源光纤传输由内部电路5V电源产生的电信号经过电转换器转换为光信号，产生激光，照射到反射物上，反射光经过光纤传导到光强探测器，再经过电路内部放大器的作用将信号放大，以及相应的电路将反射信号信息通过导线与位于机箱8内部的电压表进行连接，便于在电压变上以数字的形式显示出来，电信号的大小反应了反射光光强的强弱，而反射光光强又与反射镜至光纤激光探测器12的相对距离相关，在实验过程中，金属丝自由端锁紧手轮1整体可以在自由端滑轨3上进行竖直移动，在进行移动前，将滑动保险15取下，将砝码盘挂钩2上首先放置一个砝码，由于下端增加了重力，使得带动金属丝自由端锁紧手轮1在自由端滑轨3上向下移动，使得金属丝随着向下拉伸，每改变一次砝码的重量，金属丝的伸长量x就会发生变化，那金属丝自由端锁紧手轮1的位置就会有变化，放射镜6与光纤激光探测器之间的距离就会发生变化，发生变化，就会有电压表数值的变化，以每次移动50微米(自由控制增量)为例，首先将光纤激光探测器12随着微调滑台 13每调节一次移动50微米时，记录一次电压表的数值，其中光纤激光探测器12与反射镜6之间的距离设为Δx(即为金属丝微小伸长ΔL)，以Δx为横坐标，电压表数值(U)为纵坐标，绘制Δx-U定标曲线，其中金属丝直径 d及金属丝长度L、读出砝码质量m,计算出砝码重力F＝mg。

根据公式

从而计算出金属丝的杨氏模量E，钢丝面积S＝1/4π d²，得出E＝4F*L/πd²△L，上述表明，对于长度L，直径d和所加外力F相同的情况下，杨氏模量的金属丝的伸长量△L较小，而杨氏模量小的伸长量较大，因而杨氏模量表达了材料抵抗外力产生拉伸(或者压缩)变形的能力，其中砝码盘挂钩2是挂在金属丝自由端锁紧手轮1下端的，便于进行拆卸的。

所述机箱8内部包括有:用以提供电源的内部电路，用以控制启动的安装开关、用以显示电压数值的电压表头和用以达到无光和稳定信号的耦合块，其中各电性元件之间均是通过导线进行连接的。

所述调平地脚14包括上端的调节部和下端的支撑部，便于通过人工调整调节部，改变支撑高度，支撑部依旧支撑的地面上，以调节部是螺杆支撑部为套装在螺杆上可以在螺纹台为了，在进行调节时，使得支撑部在调节部上进行转动，使得位于支撑部内部的螺纹在螺杆上进行转动，调节之间的高度即可调整整体的支撑高度。

所述反射镜6可在所述反射镜支架5上水平调整，所述光纤激光探测器 12可在所述光纤激光探测器支架11上水平调整，放射镜6在反射镜支架5 上水平调节和光纤激光探测器12在光纤激光探测器支架11上的水平调节是相对应调节，主要起到在进行相互水平调节时，使得放射镜6与光纤激光探测器12为正相对，便于准确的测量距离的。

所述粗调齿条支撑棒9的行程为200mm，所述微调滑台13的行程为 25mm，均为最大行程。

上面结合附图对本实用新型的实施方式做了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims

1.光纤激光杨氏模量实验仪，其特征在于,包括:金属丝自由端锁紧手轮（1）、砝码盘挂钩（2）、自由端滑轨（3）、金属丝固定端锁紧手轮（4）、反射镜支架（5）、反射镜（6）和用来承载上述全部的主体机架（7），还包括有：提供电源、调节信号的机箱（8）、粗调齿条支撑棒（9）、粗调手轮（10）、光纤激光探测器支架（11）、光纤激光探测器（12）、微调滑台（13）和调平地脚（14），所述金属丝固定端锁紧手轮（4）位于所述主体机架（7）上端，所述金属丝自由端锁紧手轮（1）位于金属丝固定端锁紧手轮（4）下端、且之间通过所述自由端滑轨（3）连接，所述金属丝自由端锁紧手轮（1）可在所述自由端滑轨（3）上竖直移动，所述自由端滑轨（3）下端设有用以限制所述金属丝自由端锁紧手轮（1）移动的滑块保险（15），所述砝码盘挂钩（2）位于所述金属丝自由端锁紧手轮（1）下端、用以放置不同砝码调节所述金属丝自由端锁紧手轮（1）竖直移动位置，所述反射镜（6）通过所述反射镜支架（5）与所述金属丝自由端锁紧手轮（1）侧表面连接、且随着所述金属丝自由端锁紧手轮（1）竖直移动，所述机箱（8）上且位于主体机架（7）一侧设有用以承载所述粗调齿条支撑棒（9）和所述微调滑台（13）的辅助支架，所述粗调齿条支撑棒（9）用以支撑所述微调滑台（13），所述粗调手轮（10）位于所述粗调齿条支撑棒（9）侧表面、通过拧动锁紧所述微调滑台（13），所述光纤激光探测器支架（11）和所述光纤激光探测器（12）位于所述微调滑台（13）前侧，所述光纤激光探测器支架（11）和所述光纤激光探测器（12）可跟随所述微调滑台（13）进行竖直移动，所述调平地脚（14）位于所述机箱（8）下表面、用以调整支撑。

2.根据权利要求1所述的光纤激光杨氏模量实验仪，其特征在于，所述机箱（8）内部包括:用以提供电源的内部电路，所述机箱（8）侧表面包括有：用以控制启动的安装开关和用以显示电压数值的电压表，所述机箱（8）上表面包括有：用以达到无光和稳定信号的耦合块。

3.根据权利要求1所述的光纤激光杨氏模量实验仪，其特征在于，所述调平地脚（14）包括上端的调节部和下端的支撑部。

4.根据权利要求1所述的光纤激光杨氏模量实验仪，其特征在于，所述反射镜支架（5）和所述光纤激光探测器支架（11）均可以水平调整位置。

5.根据权利要求1所述的光纤激光杨氏模量实验仪，其特征在于，所述粗调齿条支撑棒（9）的行程为200mm，所述微调滑台（13）的行程为25mm。