CN218157256U - 一种材料弹性模量的检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种材料弹性模量的检测装置，包括实验架、试样、拉力机构、施力机构、换能机构和数字示波器，所述拉力机构的一端与实验架的一侧连接，拉力机构的另一端与试样的一端连接；所述施力机构的一端与实验架的另一侧连接，施力机构的另一端与试样的另一端连接；所述换能机构分别与实验架和施力机构连接，并与数字示波器电连接。该检测装置具有结构简单、易于操作、线性度和对称度高、稳定性和重复性好等优点。

Description

一种材料弹性模量的检测装置

技术领域

本实用新型属于无损检测领域，具体涉及一种材料弹性模量的检测装置。

背景技术

弹性模量是描述固体材料抵抗形变能力的重要物理量，是选定机械构件的依据之一。弹性模量的测量对研究材料的力学性能、所处状态和寿命有着重要的意义。弹性模量的测量装置包含动态法测量装置和静态法测量装置等。动态法测量装置测量结果较为准确，但测量方法和测量仪器相对复杂、且操作繁琐。静态法测量装置是实验室获得材料弹性模量常见的测量装置，该测量装置在已知试样几何尺寸基础上，通过对试样施加一定的外力作用，通过特定的测量方法测量出试样的微小形变量，从而计算出试样的弹性模量。目前材料微小形变量的测量装置主要有光学测量装置、电学测量装置等。光学测量装置光路调节较为复杂，且激光束光强在空间不均匀和算法的缺陷等因素会造成测量产生偏差。电学测量装置只适用于金属材料，具有较大的局限性。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种材料弹性模量的检测装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型公开了一种材料弹性模量的检测装置，包括实验架、试样、拉力机构、施力机构、换能机构和数字示波器，所述拉力机构的一端与实验架的一侧连接，拉力机构的另一端与试样的一端连接；所述施力机构的一端与实验架的另一侧连接，施力机构的另一端与试样的另一端连接；所述换能机构分别与实验架和施力机构连接，并与数字示波器电连接。

进一步的，所述换能机构包括双通道信号发生器、第一空气耦合超声换能器和第二空气耦合超声换能器，所述双通道信号发生器包括第一通道S1和第二通道S2，所述数字示波器包括第三通道CH1和第四通道CH2，所述第一空气耦合超声换能器与第一通道S1连接，所述第二空气耦合超声换能器与第三通道CH1连接，所述第二通道S2和第四通道CH2连接。

进一步的，所述第一空气耦合超声换能器和第二空气耦合超声换能器水平正对。

进一步的，所述拉力机构的另一端与试样的一端通过第一夹头连接，所述施力机构的另一端与试样的另一端通过第二夹头连接。

进一步的，所述换能机构还包括第一丝杆和第二丝杆，所述第一丝杆的一端与第一空气耦合超声换能器固定连接，第一丝杆的另一端与实验架固定连接；所述第二丝杆的一端与第二空气耦合超声换能器固定连接，第二丝杆的另一端与第二夹头固定连接。

进一步的，所述拉力机构包括拉力传感器和数字拉力计，所述拉力传感器的一端与第一夹头固定连接，拉力传感器的另一端与数字拉力计连接。

进一步的，所述施力机构包括螺杆和施力螺母，所述螺杆穿过实验架，一端与第二夹头连接，另一端和施力螺母旋转连接。

进一步的，所述第一空气耦合超声换能器和第二空气耦合超声换能器使用400kHz空气耦合换能器。

进一步的，所述双通道信号发生器的第一通道S1和第二通道S2输出的信号为400kHz和3VVpp的正弦波信号。

有益效果：

本申请提出的一种材料弹性模量的检测装置基于空气耦合超声无损检测技术，运用静态拉伸法测量材料弹性模量，具有结构简单、易于操作、线性度和对称度高、稳定性和重复性好等优点，适用于多种材料的微小形变量测量。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做更进一步的具体说明，本实用新型的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是本申请实施例提供的一种材料弹性模量的检测装置示意图。

图2是数字示波器4中第三通道CH1和第四通道CH2中两信号特定相位差的李萨如图形。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实用新型的实施例进行描述。

本申请实施例提出的一种材料弹性模量的检测装置，包括实验架8、试样1、拉力机构、施力机构、换能机构和数字示波器4，实验架8是弹性模量测量的主要平台。所述拉力机构的一端与实验架8的一侧连接，拉力机构的另一端与试样1的一端连接；所述施力机构的一端与实验架8的另一侧连接，施力机构的另一端与试样1的另一端连接；所述换能机构分别与实验架8和施力机构连接，并与数字示波器4电连接。

本实施例中，所述换能机构包括双通道信号发生器3、第一空气耦合超声换能器51和第二空气耦合超声换能器52，所述双通道信号发生器3包括第一通道S1和第二通道S2，所述数字示波器4包括第三通道CH1和第四通道CH2，所述第一空气耦合超声换能器51与第一通道S1连接，所述第二空气耦合超声换能器52与第三通道CH1连接，所述第二通道S2和第四通道CH2连接。

本实施例中，所述第一空气耦合超声换能器51和第二空气耦合超声换能器52水平正对。

本实施例中，在实验架8中，所述拉力机构的另一端与试样1的一端通过第一夹头11连接，所述施力机构的另一端与试样1的另一端通过第二夹头12连接。

本实施例中，所述换能机构还包括第一丝杆53和第二丝杆54，所述第一丝杆53的一端与第一空气耦合超声换能器51固定连接，第一丝杆53的另一端与实验架8固定连接；所述第二丝杆54的一端与第二空气耦合超声换能器52固定连接，第二丝杆54的另一端与第二夹头12固定连接。

本实施例中，所述拉力机构包括拉力传感器21和数字拉力计22，所述拉力传感器21的一端与第一夹头11固定连接，拉力传感器21的另一端与数字拉力计22连接。

本实施例中，所述施力机构包括螺杆6和施力螺母7，所述螺杆6穿过实验架8，一端与第二夹头12连接，另一端和施力螺母7旋转连接。

本实施例中，所述第一空气耦合超声换能器51和第二空气耦合超声换能器52使用400kHz空气耦合换能器。

本实施例中，所述双通道信号发生器3的第一通道S1和第二通道S2输出的信号为400kHz和3VVpp的正弦波信号。所述双通道信号发生器3可以采用泰克示波器TDS3012C。

可以通过如下两种检测过程中的一种获得测量试样1的拉力和伸长量，从而检测试样1的材料弹性模量。

检测过程1：在双通道信号发生器3上第一通道S1和第二通道S2上同时加上400kHz、3VVpp正弦连续波信号，则第一空气耦合超声换能器51(发射换能器)将双通道信号发生器3的第一通道S1发出的正弦波电信号转换为同频率的超声波信号发出，第二空气耦合超声换能器52(接收换能器)再把接收到的声信号转换为正弦波电信号，并通过数字示波器4的第三通道CH1显示，双通道信号发生器3的第二通道S2发出的与第一通道S1发出同频率正弦波信号通过数字示波器4的第四通道CH2显示。从第一空气耦合超声换能器51发出的超声波通过介质到达第二空气耦合超声换能器52。此时，发射信号和接收信号之间存在一定的相位差

将数字示波器4的工作方式设置成“X-Y”方式，那么数字示波器的第三通道CH1和第四通道CH2接收的信号波就会分别加到数字示波器4的“X”和“Y”偏转板上。这样就实现了两个谐振动相互垂直的叠加，从而在荧光屏上形成利萨如图形，如图2所示，利用利萨如图形可以获得试样1的拉力和伸长量ΔL：

试样1为碳钢材料的金属丝，在试样1(金属丝)上施加20N左右拉力，将金属丝原本可能存在弯折的地方拉直，再调节施力螺母7，直到数字示波器4显示图2(a)所示图形。此时，在表1中开始记录通过拉力传感器21传递到数字拉力计22上显示的拉力值，并把此时金属丝伸长量ΔL记为0。再次缓慢旋转施力螺母7，对试样1增加拉力，使第二空气耦合超声换能器52移动λ/2(λ为超声波在空气中传播时的波长)，当数字示波器4显示的李萨如图从图2(a)依次变化为图2(b)、图2(c)、图2(d)，直到图2(e)所示图形，并再次记录数字拉力计22示值。如此反复，直至第二空气耦合超声换能器52移动到5λ/2。在缓慢增加2N左右的拉力后，反向缓慢旋转施力螺母7开始减力。从第二空气耦合超声换能器52移动到5λ/2开始计数，第二空气耦合超声换能器52每移动波长λ/2就记录一组数据，直至ΔL＝0为止。

检测过程2：在双通道信号发生器3上第一通道S1加上400kHz、3VVpp正弦连续波信号，则第一空气耦合超声换能器51(发射换能器)将双通道信号发生器3的第一通道S1发出的正弦波电信号转换为同频率的超声波信号发出，传播到接收换能器52，此时，部分声波反射并与发射过来的声波在某一位置叠加，形成驻波，使得接收换能器52接收到的信号呈现极大值及极小值，从而判断试样1的伸长量ΔL，试样1的拉力值通过数字拉力计22示值获得。使用千分尺和卷尺分别测量试样的直径d和长度L。所测试样1的弹性模量平均值为2.029×10¹¹Pa，测试所得结果与碳钢的弹性模量(196～206GPa)是一致的。

本实用新型提供了一种材料弹性模量的检测装置，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (9)

1.一种材料弹性模量的检测装置，其特征在于，包括实验架(8)、试样(1)、拉力机构、施力机构、换能机构和数字示波器(4)，所述拉力机构的一端与实验架(8)的一侧连接，拉力机构的另一端与试样(1)的一端连接；所述施力机构的一端与实验架(8)的另一侧连接，施力机构的另一端与试样(1)的另一端连接；所述换能机构分别与实验架(8)和施力机构连接，并与数字示波器(4)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种材料弹性模量的检测装置，其特征在于，所述换能机构包括双通道信号发生器(3)、第一空气耦合超声换能器(51)和第二空气耦合超声换能器(52)，所述双通道信号发生器(3)包括第一通道S1和第二通道S2，所述数字示波器(4)包括第三通道CH1和第四通道CH2，所述第一空气耦合超声换能器(51)与第一通道S1连接，所述第二空气耦合超声换能器(52)与第三通道CH1连接，所述第二通道S2和第四通道CH2连接。

3.根据权利要求2所述的一种材料弹性模量的检测装置，其特征在于，所述第一空气耦合超声换能器(51)和第二空气耦合超声换能器(52)水平正对。

4.根据权利要求3所述的一种材料弹性模量的检测装置，其特征在于，所述拉力机构的另一端与试样(1)的一端通过第一夹头(11)连接，所述施力机构的另一端与试样(1)的另一端通过第二夹头(12)连接。

5.根据权利要求4所述的一种材料弹性模量的检测装置，其特征在于，所述换能机构还包括第一丝杆(53)和第二丝杆(54)，所述第一丝杆(53)的一端与第一空气耦合超声换能器(51)固定连接，第一丝杆(53)的另一端与实验架(8)固定连接；所述第二丝杆(54)的一端与第二空气耦合超声换能器(52)固定连接，第二丝杆(54)的另一端与第二夹头(12)固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种材料弹性模量的检测装置，其特征在于，所述拉力机构包括拉力传感器(21)和数字拉力计(22)，所述拉力传感器(21)的一端与第一夹头(11)固定连接，拉力传感器(21)的另一端与数字拉力计(22)连接。

7.根据权利要求6所述的一种材料弹性模量的检测装置，其特征在于，所述施力机构包括螺杆(6)和施力螺母(7)，所述螺杆(6)穿过实验架(8)，一端与第二夹头(12)连接，另一端和施力螺母(7)旋转连接。

8.根据权利要求7所述的一种材料弹性模量的检测装置，其特征在于，所述第一空气耦合超声换能器(51)和第二空气耦合超声换能器(52)使用400kHz空气耦合换能器。

9.根据权利要求8所述的一种材料弹性模量的检测装置，其特征在于，所述双通道信号发生器(3)的第一通道S1和第二通道S2输出的信号为400kHz和3VVpp的正弦波信号。

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