專利名稱：單縫衍射法測量細絲楊氏模量的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用物理光學方法測量材料力學量的實驗裝置，特別是單縫衍射法測量細絲楊氏模量的裝置。
背景技術：
楊氏彈性模量是描述固體材料抵抗變形能力的重要物理量，是工程技術中的常用參數，楊氏彈性模量的測量也是大學物理實驗中的經典實驗之一。現有技術中楊氏模量的測量方式主要是靜態法和動態法；在一些測試特別是大學物理實驗中，現有的楊氏模量測量方法主要是光杠桿法。光杠桿法測量裝置主要由望遠鏡、支架、金屬絲固件、小反射平面鏡、標尺、砝碼、螺旋測微計、游標卡尺、米尺等構成。測量過程中通過調節使得觀測者能夠從望遠鏡中清晰的看到標尺的像，然后逐漸加砝碼使金屬絲被拉長，通過金屬絲伸長的微小長度、小反射平面鏡轉過的角度及望遠鏡像中標尺讀數差的關系得到楊氏彈性模量。該測量方法和裝置存在以下的缺點:它是將微小的長度變化通過光杠桿法進行放大后進行測定，因此通過望遠鏡看鏡子中標尺像時會出現像難調節的問題；傳統的測量中，是將非豎直平面的光路近似看成是同一豎直平面的光路，存在一定的誤差；標尺的讀數是通過望遠鏡觀測到的，觀察時會產生視覺差，標尺的精確度較低。為了解決上述問題，現在有利用單縫衍射原理來測量金屬絲楊氏模量的論文及專利，但這些技術仍然存在一定的問題，問題之一就是金屬絲在進行測量的過程中會遮擋兩刀口之間的縫隙，若光照到金屬絲也 會產生衍射，影響被測衍射條紋。因此現在需要一種能夠解決上述問題的裝置或方法，來準確測量金屬絲的楊氏彈性模量。
發明內容本實用新型是為了解決現有技術所存在的上述不足，提出一種結構簡單，設計巧妙，采用比傳統的測量方法更直接的方式進行測量的，工藝簡單，制造成本低廉、誤差小的單縫法衍射法測量多種不同材質細絲楊氏模量的裝置。實用新型的技術解決方案是:一種單縫衍射法測量細絲楊氏模量的裝置，其特征在于:所述的裝置包括激光器、單縫裝置I和觀測屏裝置2，激光器發出的平行光垂直射入單縫裝置I的縫隙后，經單縫衍射后投射在觀測屏裝置2上，單縫裝置I包括帶有底座的支架4，支架4的上端設置有夾子5，夾子5下端固定有待測細絲6，待測細絲6的下端由鎖緊螺釘鎖定在單縫的上刀片8上，上刀片8能夠在框架7上縱向滑動，框架7設置在連接桿14上，并且連接桿14能夠在支架4上移動并鎖定，在框架7的底部設置有與上刀片8在縱向上共面的下刀片11，上刀片8和下刀片11兩刀口之間為單縫裝置I的縫隙9，與上刀片8固定連接有連接片3，連接片3與上刀片8相互平行，并且在連接片3上開設有寬縫10，寬縫10的長度與縫隙9相配，寬縫10的寬度比縫隙9大，而縫隙9又與寬縫10重合，連接片3的底邊框13上設置有懸掛繩12，懸掛繩12的底部可連接砝碼，觀測屏裝置2包括縱向設置的、帶有底座且具有一定寬度的標尺框架，標尺框架上設置有螺桿19和標尺15，螺桿19的上端設置有帶有刻度的鼓輪16，螺桿19上螺紋連接有移動塊17，移動塊17上設置有指向標尺15的指針18。本實用新型同現有技術相比，具有如下優點:本種結構形式的測量細絲楊氏模量的裝置，其結構簡單，設計巧妙，布局合理，(待測細絲及懸掛繩不通過狹縫、不擋光線)，它針對傳統的金屬絲楊氏模量測量方法所存在的種種問題，設計出一種用衍射方法測量微小位移的實驗裝置，操作簡單，調節方便，省去了傳統方法或結構中各種參數的間接轉化，減少了誤差的來源，同時它所需要讀取的參數并不需要采用望遠鏡觀測。同時它的特殊結構決定了在測量的過程中，供光線通過以產生衍射條紋的縫隙中無任何遮擋物，保證了投射在觀測屏裝置上的衍射條紋清晰。它不僅僅限制于金屬絲的楊氏模量測量，還能夠用于測量發絲、細線、蠶絲等細絲的楊氏模量，應用范圍較為廣泛。該裝置制作工藝簡單，制造成本低廉，特別適合于在本領域中推廣應用，適合高等院校大學物理實驗中的綜合設計實驗，其市場前景十分廣闊。
圖1是本實用新型實施例單縫裝置的結構示意圖。圖2是圖1中A部的放大圖。圖3是上刀片和連接片的側向結構示意圖。圖4是本實用新型實施例觀測屏裝置結構示意圖。
具體實施方式
下面將結合附圖說明本實用新型的具體實施方式
。如圖1、圖2、圖3、圖4所示:一種單縫衍射法測量細絲楊氏模量的裝置，該裝置由三部分組成:激光器、單縫裝置I和觀測屏裝置2。原理是激光器發·射的平行光束垂直射入單縫裝置I的縫隙，經單縫衍射，在觀測屏裝置2上形成明暗相間衍射條紋，在懸掛繩12下端加減砝碼，待測細絲6伸縮，帶動連接片3和動片8—起移動，縫隙的寬度相應也同樣變化，縫隙寬度的改變量等于細絲長度的伸縮量。即如果光線所通過的縫隙寬度發生變化，由夫瑯和費衍射原理，觀測屏裝置2上的衍射條紋的寬度也會發生變化。細絲的伸縮量即是縫隙的寬度的變化量，這樣通過直接測衍射條紋中央明紋寬度的變化，便可以計算出待測細絲的楊氏模量。本裝置的結構組成如下:單縫裝置I包括帶有底座的支架4，支架4的上端設置有夾子5，夾子5下端固定有待測細絲6，待測細絲6的下端由鎖緊螺釘鎖定在單縫的上刀片8，上刀片8能夠在框架7內縱向的滑動，框架7設置在連接桿14上，并且連接桿14能夠在支架4上縱向移動，并可根據需要進行鎖定，在框架7的底部設置有與上刀片8在縱向上共面的下刀片11，上刀片8和下刀片11兩刀口之間為單縫裝置I的縫隙9，與上刀片8固定連接的設置有一個連接片3，這個連接片3與上刀片8相互平行，并且連接片3為框架式結構，其中部設置有一個寬縫10，這個寬縫10比由上刀片8和下刀片11所組成的縫隙9要大，并且寬縫10和縫隙9相互重合；在連接片3的底邊框13上還設置有懸掛繩12，在懸掛繩12的底部可以懸掛砝碼，通過增加砝碼的數量來改變連接片3 (即上刀片8)及待測細絲6所承受的拉力，實現待測細絲6的拉伸；上述這種結構的設計主要是為了讓上刀片8縱向運動的過程中，在縫隙9上不會有任何的遮擋物；[0014]觀測屏裝置3包括一個縱向設置的、并且帶有底座的標尺框架，這個標尺框架應具有一定的寬度，保證能夠看清衍射條紋；在標尺框架上設置有螺桿19和標尺15，螺桿19能夠在設置于自身頂端的鼓輪16的帶動下轉動，鼓輪16上設置有刻度，其刻度的精確度小于標尺15精確度一個數量級，二者相互配合實現精確調整和測量；在螺桿19上還螺紋連接有移動塊17，在移動塊17上設置有指向標尺15的指針18。本實用新型實施例的單縫衍射法測量細絲楊氏模量的裝置的工作過程如下:首先將長度為L，直徑為d的待測細絲6的上端通過夾子5固定在支架4上，待測細絲6的下端固定在上刀片8上，在懸掛繩12的下方懸掛質量為Hi1的砝碼，使待測細絲6伸直。通過調節連接桿14在支架4上的高度，使上刀片8和下刀片11兩刀口之間的縫隙9的寬度達到既有利于測量、又保證增加砝碼后縫隙9不閉合，此時縫隙9的寬度為a1;開啟激光器，激光經過縫隙9后會在觀測屏裝置2上產生明顯且便于測量的衍射條紋。旋轉鼓輪16，讓移動塊17在縱向上移動，并控制指針18分別與衍射條紋中央明紋的上、下限重合，兩坐標的差值即衍射條紋±1級暗紋的間距為中央明紋的寬度X115在懸掛繩12上增加砝碼，讓待測細絲6發生微小的彈性伸長，需要注意的是，所加砝碼的質量應在細絲彈性所承受的范圍內，上刀片8和連接片3共同相對于框架7向下位移，縫隙9的寬度變小，此時縫隙9的寬度為a2，重復上一步驟操作，測量出此時中央明紋的寬度x2,此時砝碼的總質量為m2。由單縫衍射中央明紋寬度:
權利要求1.一種單縫衍射法測量細絲楊氏模量的裝置，其特征在于:所述的裝置包括激光器、單縫裝置(I)和觀測屏裝置(2)，激光器發出的平行光垂直射入單縫裝置(I)的縫隙后，經單縫衍射后投射在觀測屏裝置(2)上，單縫裝置(I)包括帶有底座的支架(4)，支架(4)的上端設置有夾子(5)，夾子(5)下端固定有待測細絲(6)，待測細絲(6)的下端由鎖緊螺釘鎖定在單縫的上刀片(8)上，上刀片(8)能夠在框架(7)上縱向滑動，框架(7)設置在連接桿(14)上，并且連接桿(14)能夠在支架(4)上移動并鎖定，在框架(7)的底部設置有與上刀片(8)在縱向上共面的下刀片(11)，上刀片(8)和下刀片(11)兩刀口之間為單縫裝置(I)的縫隙(9)，與上刀片(8)固定連接有連接片(3)，連接片(3)與上刀片(8)相互平行，并且在連接片(3)上開設有寬縫(10)，寬縫(10)的長度與縫隙(9)相配，寬縫(10)的寬度比縫隙(9)大，而縫隙(9)又與寬縫(10)重合，連接片(3)的底邊框(13)上設置有懸掛繩(12)，懸掛繩(12)的底部可連接砝碼，觀測屏裝置(2)包括縱向設置的、帶有底座且具有一定寬度的標尺框架，標尺框架上設置有螺桿(19)和標尺(15)，螺桿(19)的上端設置有帶有刻度的鼓輪(16)，螺桿(19)上螺紋連接有移動塊(17)，移動塊(17)上設置有指向標尺(15)的指針(1 8)。
專利摘要本實用新型公開一種單縫衍射法測量細絲楊氏模量的裝置，該裝置結構簡單，設計巧妙，布局合理，供光線通過的縫隙中無任何遮擋物，增減砝碼使細絲長度伸縮，細絲長度的伸縮帶動縫隙變化，縫隙寬度的改變量等于細絲長度的伸縮量，衍射條紋的寬度隨縫隙寬度變化而改變，通過直接測衍射條紋中央明紋寬度的變化，便可以計算出待測細絲的楊氏模量。省去了傳統方法或結構中各種參數的間接轉化，它不僅僅限制于金屬絲的楊氏模量測量，還能夠用于測量發絲、細線、蠶絲等細絲的楊氏模量，應用范圍較為廣泛。該裝置制作工藝簡單，制造成本低廉，特別適合于在本領域中推廣應用，適合高等院校大學物理實驗中的綜合設計實驗，其市場前景十分廣闊。
文檔編號G01N3/14GK203148785SQ20132006743
公開日2013年8月21日 申請日期2013年2月6日 優先權日2013年2月6日
發明者楊桂娟, 吳崇高, 王寶寧, 王影, 黃建華, 楊濤, 劉譯天, 田澤 申請人:大連海洋大學