一种利用薄膜干涉法测量细丝杨氏模量的装置制造方法
【专利摘要】一种利用薄膜干涉法测量细丝杨氏模量的装置，包括有设激光器和带底座的支架，支架上设下连杆和上连杆，上连杆通过圆环型支架托载读数显微镜，下连杆设有薄膜干涉装置，薄膜干涉装置内设有框架，框架上固定有上光学玻璃片，在框架的底部设置有下光学玻璃片，下光学玻璃片铰链连接在框架上并可以在纵向平面旋转，光学玻璃片固定连接在连接片上，上连杆通过待测细丝与连接片上端相连，连接片通过悬挂绳连接砝码；增减砝码使待测细丝伸缩，待测细丝伸缩带动空气薄膜的倾角改变，改变薄膜干涉条纹的间距，测量增减砝码前后空气薄膜上干涉条纹间距的变化，计算出待测细丝的杨氏模量，具有结构简单，设计巧妙，调节方便的特点。
【专利说明】一种利用薄膜干涉法测量细丝杨氏模量的装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用光学的方法测量材料力学参数的实验装置，特别涉及一种利用薄膜干涉法测量细丝杨氏模量的装置。
【背景技术】
[0002]薄膜干涉是利用分振幅法产生双光束从而实现干涉，用于检测物件表面的平整度和测量微小位移。
[0003]杨氏模量是反映材料形变与内应力关系的物理量，也是工程技术设计和选择机械零件材料时常用的一个参数。在大学物理实验中，杨氏模量的测量方法主要是光杠杆法。测量过程中通过望远镜使得观察者能够清晰的看到标尺的像，增加砝码后，细丝受拉而伸长微小长度，进而导致平面反射镜转过一定的角度，通过增加砝码前后望远镜读数的差值就可以测出微小长度，从而得到细丝的杨氏模量。这种测量方法有如下的缺点:标尺的读数是通过望远镜看镜子中标尺的像而确定的，观察时会产生视觉误差且标尺的精度低；实验过程中通过望远镜看标尺的像有时会出现很难调节的问题。
【发明内容】
[0004]为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的是提出了一种利用薄膜干涉法测量细丝杨氏模量的装置，利用薄膜干涉法对细丝杨氏模量进行测量，且适合多种不同细丝杨氏模量测量，具有结构简单，操作方便的特点。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型采用的技术解决方案是:一种利用薄膜干涉法测量细丝杨氏模量的装置，包括有设激光器和带底座的支架，支架上由下至上设有下连接杆和上连接杆，上连接杆通过圆环型支架托载读数显微镜，下连接杆前端设有薄膜干涉装置，薄膜干涉装置内设有框架，框架上部固定有上光学玻璃片，在框架的底部设置有与上光学玻璃片在纵向共面的下光学玻璃片，下光学玻璃片的一端通过铰链12连接在框架上并可以在纵向平面旋转，下光学玻璃片的另一端固定连接在连接片上且在框架上，在上光学玻璃片和下光学玻璃片之间的空隙为空气薄膜，上连杆通过待测细丝与连接片上端相连，连接片下端通过悬挂绳连接砝码。
[0006]所述的连接片可在框架上纵向滑动。
[0007]所述的读数显微镜有45°倾角。
[0008]所述的上连接杆和下连接杆可在支架上移动并锁定。
[0009]本实用新型专利同现有技术相比，具有如下优点:
[0010]本实用新型结构简单、操作方便、设计巧妙，针对传统的金属丝杨氏模量测量方法所存在的种种问题，操作简单，调节方便，省去了传统方法中各种参数的间接转化，减小了误差的来源，同时所需要读取的参数并不需要采用望远镜观测。该装置不仅仅限于金属丝杨氏模量的测量，还能够用于测量发丝、西线、蚕丝等细丝的杨氏模量，应用范围较为广泛。该装置做做制作工艺简单、制造成本低廉，适合在本领域推广应用，特别适合高等院校大学物理实验中的综合设计实验，其市场前景十分广阔。
[0011]【专利附图】
【附图说明】:
[0012]图1是本实用新型的结构示意图。
[0013]图2是图1的部分结构放大示意图。
[0014]具体实施方法:
[0015]下面结合附图对本实用新型进一步详细描述。
[0016]如图1、2所示，一种利用薄膜干涉法测量细丝杨氏模量的装置，包括有设激光器I和带底座的支架5，支架5上由下至上设有下连接杆4和上连接杆17，上连接杆17通过圆环型支架3托载读数显微镜2，下连接杆4前端设有薄膜干涉装置14，薄膜干涉装置14内设有框架6，框架6上部固定有上光学玻璃片7，在框架6的底部设置有与上光学玻璃片7在纵向共面的下光学玻璃片8，下光学玻璃片8的一端通过铰链12连接在框架6上并可以在纵向平面旋转，下光学玻璃片8的另一端固定连接在连接片13上且在框架6上，在上光学玻璃片7和下光学玻璃片8之间的空隙为空气薄膜11，上连杆17通过待测细丝10与连接片13上端相连，连接片13下端通过悬挂绳9连接砝码。通过增加砝码的数量来改变连接片13及待测细丝10所承受的拉力，实现对待测细丝10的微小拉伸量的测量。
[0017]所述的连接片13可在框架6上纵向滑动。
[0018]所述的读数显微镜有45°倾角。
[0019]所述的上连接杆17和下连接杆4可在支架5上移动并锁定。
[0020]其原理是:激光器发射的平行光束经读数显微镜45°倾角的物镜反射，射到上光学玻璃片7和下光学玻璃片8形成的空气薄膜11上形成明暗相间的等厚干涉条纹，在悬挂绳9的下端增加破码，带动连接片13和下光学玻璃片8的一端一起向下微小移动,带动待测细丝10伸长，空气薄膜11的倾角就会发生相应变化，空气薄膜11倾角的改变量与被测细丝10长度的伸长量相关，由等厚干涉原理可知，通过读数显微镜2观察到的干涉条纹的间距就会发生相应变化。细丝的伸缩引起空气薄膜倾角的变化，空气薄膜倾角的变化又引起薄膜干涉条纹的间距变化，这样通过直接测薄膜干涉条纹间距的变化，就可以计算出待测细丝10的伸长量，进而得到细丝的杨氏模量。
[0021]本实用新型薄膜干涉法测量细丝杨氏模量的装置的工作过程如下:首先将长为L，直径为d的待测细丝固定在支架5的架子16上，在悬挂绳9的下方悬挂一定质量Hi1的砝码，使待测细丝10伸长，此时上光学玻璃片7和下光学玻璃片8之间形成的空气薄膜11
的倾角为4。
[0022]通过调节上连接杆和下连接杆的高度，使得上光学玻璃片7和下光学玻璃片8之间的空气薄膜所形成的干涉条纹能够从读数显微镜2上看到，开启激光器，激光经过空气薄膜11上下表面的反射就会产生明暗相间的均匀的干涉条纹，通过读数显微镜2就可以读出相邻5条明条纹的间距ΛXI。
[0023]在悬挂绳9下增加砝码，让待测细丝10发生微小的弹性伸长，下光学玻璃片8和连接片13相连的一端就会相对于框架6向下位移Δ/，导致空气薄膜11的倾角变为马，重复上一个步骤，测量出此时相邻5条明条纹的间距ΛΧ2。[0024]由等厚干涉特点，得到增加砝码前后的条纹间距公式为:
【权利要求】
1.一种利用薄膜干涉法测量细丝杨氏模量的装置，包括有设激光器(I)和带底座的支架(5)，其特征在于，支架上由下至上设有下连接杆(4)和上连接杆(17)，上连接杆(17)通过圆环型支架(3)托载读数显微镜(2)，下连接杆(4)前端设有薄膜干涉装置(14)，薄膜干涉装置(14)内设有框架(6)，框架(6)上部固定有上光学玻璃片(7)，在框架(6)的底部设置有与上光学玻璃片(7)在纵向共面的下光学玻璃片(8)，下光学玻璃片(8)的一端通过铰链(12)连接在框架(6)上并可以在纵向平面旋转，下光学玻璃片(8)的另一端固定连接在连接片(13)上且在框架(6)上，在上光学玻璃片(7)和下光学玻璃片(8)之间的空隙为空气薄膜(11)，上连杆(17)通过待测细丝(10)与连接片(13)上端相连，连接片(13)下端通过悬挂绳(9)连接砝码。
2.根据权利要求1所述的一种利用薄膜干涉法测量细丝杨氏模量的装置，其特征在于，所述的连接片(13 )可在框架(6 )上纵向滑动。
3.根据权利要求1所述的一种利用薄膜干涉法测量细丝杨氏模量的装置，其特征在于，所述的读数显微镜有45°倾角。
4.根据权利要求1所述的一种利用薄膜干涉法测量细丝杨氏模量的装置，其特征在于，所述的上连接杆(1 7)和下连接杆(4)可在支架(5)上移动并锁定。
【文档编号】G01N3/06GK203672721SQ201420029630
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年1月17日 优先权日:2014年1月17日
【发明者】张桂花 申请人:西安科技大学