CN220063625U - 一种杨氏模量实验的激光固定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种杨氏模量实验的激光固定装置，包括有底座、两处支架和调节框，调节框上设置有竖向安装孔和两处调节螺钉孔；两处支架上对应设置有调节通孔，调节通孔内设置有调节螺钉，调节螺钉与调节螺钉孔螺纹连接；调节框的底部固定有滑轨固定块，滑轨固定块上设置滑轨槽和滑轨，滑轨顶部固定有激光固定支座；激光固定支座的后端固定有限位支撑板。本实用新型的竖向测量模式和水平测量模式，大大减小了实验仪器占用面积。本实用新型将限位支撑板底部支点的弧线运动变成了直线运动，使得激光测距仪轴线与调节框转动轴线的交点位置始终恒定不变，即轴心保持固定，不需要考虑轴心变化的误差量，大大提高了测量精度。

Description

一种杨氏模量实验的激光固定装置

技术领域

本实用新型涉及物理测试实验仪器领域，具体涉及一种杨氏模量实验的激光固定装置。

背景技术

力作用于物体所引起的效果之一是使受力物体发生形变，物体的形变可分为弹性形变和塑性形变。固体材料的弹性形变又可分为纵向、切变、扭转、弯曲，对于纵向弹性形变可以引入杨氏模量来描述材料抵抗形变的能力。实验测定杨氏模量的方法很多，如拉伸法、弯曲法和振动法。当前更多的是用拉伸法测定金属丝的杨氏模量，它提供了测量微小长度的方法，既有光杠杆法，也有显微镜法。

现有技术中，对杨氏模量的测试通常采用光杠杆法进行测量，光杠杆法包括直射式光路和反射式光路，不管是直射式光路还是反射式光路，实验前都需要对设备进行调试，调试的精度对测试的杨氏模量的准确度影响很大，反射式光路中需要调试更多的平面镜、望远镜等，调试过程复杂，测量精度也难以保证。公开号CN204649544U公开了一种直射式激光法测量金属丝杨氏模量实验仪，通过直射光路的位置变化推导出光杠杆反射镜的倾斜角度，进而得到金属丝的伸长量。但是，这种传统实验仪在支点下移后，激光测量仪的轴心会沿某一圆心点旋转θ，而其圆心点往往难以测量，从而使得测量得到的初始状态激光方向与变化后的激光方向之间的夹角与实际并不一致，为了方便计算，会作出近似假设，这使得实验数据处理不合实际，存在误差。而且该杨氏模量实验仪只能在水平方向上配合标尺进行测量，实验测量的水平空间面积需求较大，因此，有必要提出一种测量更加准确、实验测量占用水平空间面积更小的杨氏模量实验激光固定装置。

实用新型内容

针对现有技术的上述不足，本实用新型提供了一种测量更加准确、实验测量占用水平空间面积更小的杨氏模量实验激光固定装置。

为达到上述发明目的，本实用新型所采用的技术方案为：包括有底座和固定在底座上的两处支架；两处支架之间安装有调节框，调节框的顶部设置有竖向安装孔，调节框的左右侧均设置有调节螺钉孔；两处支架上对应设置有调节通孔，调节通孔内设置有调节螺钉，调节螺钉与调节螺钉孔螺纹连接；调节框的底部内侧固定有滑轨固定块，滑轨固定块上设置滑轨槽，滑轨槽内安装有滑轨，滑轨顶部固定有激光固定支座；激光固定支座的后端固定有限位支撑板。

进一步地，激光固定支座上设置有弧形限位槽，激光固定支座中部设置有上限位部，上限位部的内侧设置有第一卡槽，上限位部与激光固定支座的连接处设置有第二卡槽。

进一步地，底座的底部设置有若干调节孔，若干调节孔内均设置有调节钉；调节钉的上部呈圆柱状，调节钉的顶部呈圆锥状，调节钉的上部与调节孔螺纹连接，调节钉的顶部设置有一字形槽或者十字形槽。

进一步地，激光固定支座的后端设置有支撑板安装孔，限位支撑板上设置有与所述支撑板安装孔插接配合的插接柱，限位支撑板通过插接柱固定在支撑板安装孔内。

进一步地，限位支撑板设置有向后弯折的折弯部。

进一步地，调节框的底部设置有若干下安装孔，调节框与滑轨固定块通过下安装孔内螺钉连接。

进一步地，弧形限位槽为半圆形弧形通槽，上限位部为半圆环部。

进一步地，调节框的顶部还设置有竖向限位槽，竖向安装孔和竖向限位槽连通。

进一步地，竖向安装孔为圆孔，竖向限位槽呈矩形。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型的可以进行竖向测量模式和水平测量模式，水平模式通常需要2-3米左右的水平距离，当实验场地不满足时，可转化为竖直测量模式能在0.3m²的平面上完成杨氏模量的全部测量；突破实验测量的空间限制，大大减小了实验仪器占用面积。

本实用新型采用竖向激光测距仪和横向激光测距仪，使得使实验过程中的可视化效果更好，且能在光线不好的实验环境下进行，通过激光的参照对比，使得实验读数更加精准，便于动态分析。

本实用新型的滑轨固定块和滑轨配合，滑轨固定块可以在限位支撑板底部支点下移时，相对于调节框斜向下移动，从而克服限位支撑板带动激光固定支座转动时，激光固定支座底部支点的转动位移，从而使限位支撑板带动下移的过程中，激光测距仪轴线与调节框转动轴线的交点位置始终恒定不变，即轴心保持固定；在杨氏模量测量时金属丝卡台的下降带动激光测距仪沿直线滑轨滑动，从而使后续计算时无需考虑轴心变化的误差量，减少整个实验的操作量，大大提高了测量精度。

本实用新型将限位支撑板底部支点的弧线运动变成了直线运动，使得激光测距仪轴线与调节框转动轴线的交点位置始终恒定不变，即轴心保持固定，不需要考虑轴心变化的误差量，大大提高了测量精度。

本实用新型通过激光测距仪减小因水平距离过远而产生的累积误差；激光测距仪代替了长度测量工具，减小长度测量工具随着距离增加而增大的累积误差大。

本实用新型在进行在竖直状态下，杨氏模量的高度可以配合可伸缩的标尺而改变，大大扩展了实验竖直上的操作空间，使得实验测量占用的水平空间大的减小，一般屋头环境的竖直空间的利用率较低，本装置可以在竖直测量模式下将实验环境的竖直空间的利用率提高，同时减小对实验环境中水平空间的占用，使得本装置对实验环境的空间需求降低。

附图说明

图1为本实用新型整体的结构示意图一；

图2为本实用新型整体的结构示意图二；

图3为激光固定支座的结构示意图一；

图4为激光固定支座的结构示意图二；

图5为支架与调节框的结构示意图；

图6为本实用新型的工作示意图一；

图7为本实用新型的工作示意图二；

图8为本实用新型的工作示意图三；

图9为现有的杨氏模量实验仪与本实用新型的工作原理对比图；

其中各部件的符号如下：

1、底座；101、调节孔；102、调节钉；

2、支架；3、调节框；31、竖向安装孔；32、竖向限位槽；33、调节螺钉孔；34、下安装孔；

4、调节螺钉；5、滑轨固定块；6、滑轨；8、竖向激光测距仪；9、横向激光测距仪；10、实验平台；11、金属丝吊架；12、水平板：13、第二标尺；14、第一标尺；15、实验金属丝；16、金属丝卡台；17、配重块；

7、激光固定支座；71、弧形限位槽；72、上限位部；73、第一卡槽；74、第二卡槽；75、限位支撑板；76、支撑板安装孔。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的实用新型创造均在保护之列。

如图1和2所示，杨氏模量实验的激光固定装置包括有底座1和固定在底座1上的两处支架2。两处支架2之间安装有调节框3，调节框3的顶部设置有竖向安装孔31，竖向安装孔31为圆孔，调节框3的顶部还设置有竖向限位槽32，竖向安装孔31和竖向限位槽32连通，竖向限位槽32呈矩形，竖向限位槽32作用于在于，在激光测距仪上安装配合的矩形凸起部，通过粘接或者螺钉固定矩形凸起部，方便激光测距仪的定位安装，同时还可以防止激光测距仪转动。调节框3的左右侧均设置有调节螺钉孔33。两处支架2上对应设置有调节通孔，调节通孔内设置有调节螺钉4，调节螺钉4与调节螺钉孔33螺纹连接。调节框3的底部内侧固定有滑轨固定块5，滑轨固定块5上设置滑轨槽，滑轨槽内安装有滑轨6，滑轨6顶部固定有激光固定支座7。

如图3和4所示，激光固定支座7的后端固定有限位支撑板75，激光固定支座7的后端设置有支撑板安装孔76，限位支撑板75上设置有与支撑板安装孔76插接配合的插接柱，限位支撑板75通过插接柱固定在支撑板安装孔76内。限位支撑板75可以对横向激光测距仪9的后侧起到阻挡限位作用，限位支撑板75设置有向后弯折的折弯部，限位支撑板75折弯部底部可以用于测量待检测材料。

激光固定支座7上设置有弧形限位槽71，激光固定支座7中部设置有上限位部72，上限位部72的内侧设置有第一卡槽73，上限位部72与激光固定支座7的连接处设置有第二卡槽74；第一卡槽73与第二卡槽74的截面均呈矩形。弧形限位槽71为半圆形弧形通槽，上限位部72为半圆环部，弧形限位槽71与上限位部72组成一个安装横向激光测距仪9的安装孔。

如图5所示，调节框3的底部设置有若干下安装孔34，调节框3与滑轨固定块5通过下安装孔34内螺钉连接，方便调节框3与滑轨固定块5固定连接。

底座1的底部设置有若干调节孔101，若干调节孔101内均设置有调节钉102；调节钉102的上部呈圆柱状，调节钉102的顶部呈圆锥状，调节钉102的上部与调节孔101螺纹连接，调节钉102的顶部设置有一字形槽或者十字形槽，一字形槽或者十字形槽方便转动调节钉102露出底座1底部的长度，从而给方便调节底座1的水平角度。

在本实施例中，实验平台10上设置有安装与后侧两处调节钉102配合的若干平行的防滑线槽，防滑线槽的截面呈V字形，实验平台10上设置有与前侧两处调节钉102配合的矩形槽。防滑线槽和调节钉102底部圆锥部的配合设置，使得每次进行实验前无需对底座1的水平角度进行调节，进一步减少实验的操作量，同时避免因底座水平角度的不同出现的误差，使测量的结果更准确。实验平台10上设置有与金属丝吊架配合的安装孔，实验平台10上设置有与实验金属丝15配合的测量通孔。

如图9，黑色实线为本实用新型的光路，黑色虚线为现有的杨氏模量实验仪的光路。当进行杨氏模量实验测量时，轴心仪器运行时，随着限位支撑板75底部支点随着金属丝卡台16下移时，激光固定支座7和横向激光测距仪9在滑轨固定块5和滑轨6的配合下也会发生移动时，调节框3绕调节螺钉33转动与在滑轨固定块5上的滑动量等效代替了限位支撑板75底部支点的位移量，以达到轴心e的位置固定，即调节框3绕调节螺钉33的转动支点到实验金属丝15的直线距离保持恒定值。

工作原理及其过程：

如图6和7所示，将待检测的实验金属丝15安装在金属丝吊架11和金属丝卡台16上，实验空间足够的情况下，使用水平测量模式，将底座1放置在实验平台10上，底座1的调节钉102置于实验平台10的防滑线槽中，且底座1后侧的两处调节钉102位于同一条防滑线槽中，底座1前侧的两处调节钉102位于实验平台10的矩形槽内；沿防滑线槽滑动底座1的位置，使作为支点的限位支撑板的底部末端位于金属丝卡台16上；打开金属丝卡台9，记录初始状态下激光打在第一标尺14上的位置，通过配重块17实验金属丝15向下拉长，此时，金属丝卡台16向下移动，横向激光测距仪的底部末端在配重块17的作用下，与金属丝卡台16一同向下落，又因为调节框3在支架2和调节螺钉33的作用下，保持固定不发生位移，从而使横向激光测距仪9、滑轨6和调节框36一起两处调节螺钉33所在轴线转动，横向激光测距仪9尾端的限位支撑板75位于金属丝卡台上，使得横向激光测距仪9与滑轨6一同沿滑轨5向靠近金属丝卡台16的方向滑动，横向激光测距仪9虽然发生位移，但轴心仍位于两处调节螺钉33的轴心处，横向激光测距仪9的轴心在垂直面上不会发生圆弧形位移，记录激光在第一标尺14上移动的距离用于后续杨氏模量的计算。本实用新型简化了光学仪器的调试步骤，单人可完成实验操作；相比于现有的两人配合测量需调整尺、望远镜、平面镜三者共线，实验操作更加简单。

如图8所示，实验空间狭小的情况下，将竖向激光测距仪8安装在调节框3的竖向安装孔31，配合竖向限位槽23进行限位安装。实验过程与水平测量相同，不同之处在于竖向激光测距仪8的激光打在了位于水平板12底面的第二标尺13上，记录读数时观察第二标尺13。

Claims (9)

1.一种杨氏模量实验的激光固定装置，其特征在于，包括有底座(1)和固定在所述底座(1)上的两处支架(2)；

两处所述支架(2)之间安装有调节框(3)，所述调节框(3)的顶部设置有竖向安装孔(31)，所述调节框(3)的左右侧均设置有调节螺钉孔(33)；

两处所述支架(2)上对应设置有调节通孔，所述调节通孔内设置有调节螺钉(4)，所述调节螺钉(4)与所述调节螺钉孔(33)螺纹连接；

所述调节框(3)的底部内侧固定有滑轨固定块(5)，所述滑轨固定块(5)上设置滑轨槽，所述滑轨槽内安装有滑轨(6)，所述滑轨(6)顶部固定有激光固定支座(7)；所述激光固定支座(7)的后端固定有限位支撑板(75)。

2.根据权利要求1所述的杨氏模量实验的激光固定装置，其特征在于，所述激光固定支座(7)上设置有弧形限位槽(71)，所述激光固定支座(7)中部设置有上限位部(72)，所述上限位部(72)的内侧设置有第一卡槽(73)，所述上限位部(72)与所述激光固定支座(7)的连接处设置有第二卡槽(74)。

3.根据权利要求1所述的杨氏模量实验的激光固定装置，其特征在于，所述底座(1)的底部设置有若干调节孔(101)，若干所述调节孔(101)内均设置有调节钉(102)；所述调节钉(102)的上部呈圆柱状，所述调节钉(102)的顶部呈圆锥状，所述调节钉(102)的上部与所述调节孔(101)螺纹连接，所述调节钉(102)的顶部设置有一字形槽或者十字形槽。

4.根据权利要求1所述的杨氏模量实验的激光固定装置，其特征在于，所述激光固定支座(7)的后端设置有支撑板安装孔(76)，所述限位支撑板(75)上设置有与所述支撑板安装孔(76)插接配合的插接柱，所述限位支撑板(75)通过插接柱固定在所述支撑板安装孔(76)内。

5.根据权利要求4所述的杨氏模量实验的激光固定装置，其特征在于，所述限位支撑板(75)设置有向后弯折的折弯部。

6.根据权利要求1所述的杨氏模量实验的激光固定装置，其特征在于，所述调节框(3)的底部设置有若干下安装孔(34)，所述调节框(3)与所述滑轨固定块(5)通过下安装孔(34)内螺钉连接。

7.根据权利要求2所述的杨氏模量实验的激光固定装置，其特征在于，所述弧形限位槽(71)为半圆形弧形通槽，所述上限位部(72)为半圆环部。

8.根据权利要求1所述的杨氏模量实验的激光固定装置，其特征在于，所述调节框(3)的顶部还设置有竖向限位槽(32)，所述竖向安装孔(31)和所述竖向限位槽(32)连通。

9.根据权利要求8所述的杨氏模量实验的激光固定装置，其特征在于，所述竖向安装孔(31)为圆孔，所述竖向限位槽(32)呈矩形。