一种智能法测量杨氏模量装置的制作方法

本实用新型涉及测量装置的技术领域，更具体地，涉及一种智能法测量杨氏模量装置。

背景技术：

杨氏模量是工程材料的重要物理参数之一，它反映材料抵抗弹性形变大小的一项重要的指标。

目前，公知的测量方法是传统的现代普通物理实验教材，是借助光杆望远镜尺组进行放大测量。该测量装置的缺点在于钢丝由于长时间放置产生弯曲变形容易造成误差，望远镜的准确调节复杂，测量时易产生人为误差。设备占地面积较大，需要2人一起操作。

技术实现要素：

本实用新型为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种智能法测量杨氏模量装置，其利用光波的干涉、步进电机拉杆、单片机及摄像来测量金属丝杨氏弹性模量。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种智能法测量杨氏模量装置，其中,包括支架，支架的上部固定有钢丝，支架中部设有固定平台，固定平台中部设有伸缩平台，所述的钢丝的一端与支架的顶部连接，钢丝的另一端与伸缩平台连接；

智能法测量杨氏模量装置还包括拉力控制系统、测量钢丝受力伸缩长度的干涉系统、用于输入和显示数据的输入显示机构。

本实用新型中，利用输入显示机构更为方便地输入和显示息信，直观地实现人机息信互换。利用拉力控制系统可以方便操作，省去放置法码所产生拉力的繁复过程，弯曲变形容易造成误差。利用波的干涉（干涉系统）来测量金属丝受力拉伸缩的长度。

具体的，所述的输入显示机构包括键盘、显示器。利用单片机、键盘和显示屏更为方便地输入和显示息信，直观地实现人机息信互换。

进一步的，所述的拉力控制系统包括步进电机拉杆、缓冲弹簧、拉力传感器、AD转换模块、单片机；

伸缩平台下部连接缓冲弹簧，缓冲弹簧下部连接拉力传感器，拉力传感器下部连接步进电机拉杆；单片机分别连接键盘、AD转换模块、缓冲弹簧、拉力传感器、显示器。拉力控制系统可以方便操作，省去放置法码所产生拉力的繁复过程，弯曲变形容易造成误差。

进一步的，所述的干涉系统包括光源、静脚、动脚、静片、动片、半透半反镜、CCD摄像头，动脚设于伸缩平台上，动片设于动脚上，动片底部设有静脚和静片；

动片上方设有光源、半透半反镜和CCD摄像头。

本实用新型中，利用光波的干涉、CCD摄像头和单片机来测量金属丝受力拉伸缩的长度，省去了调节望运镜的调试，减少了人工测量光杆臂长和镜面到望远镜距离的误差，提高了测量的精确性。

所述的支架设有上固定头，伸缩平台上设有下固定头，钢丝分别与上固定头、下固定头连接。

具体的，利单片机、键盘和显示器，方便地输入的初始压力F0、等差压力E、钢丝的长度A和直径D，和显示最后的所测量拉力大小、钢丝的伸缩长度和杨氏模量的信息。

根据所按的数字按键0、1、2、3…(N-1)、N和N、(N-1) …3、2、1键来控制步进电机拉杆的伸缩来施加拉力来拉伸钢丝。其控制方法如下：

数字按键0、1、2、3…(N-1)、N和N、(N-1) …3、2、1按键，决定拉力的大小和利用拉力传感器经AD转换模块回传的信息控制步进电机的伸出、缩回和停止。

通过数字键N控制拉力的大小，当拉力FN=（F0+N*E）时停止。

步进电机拉杆控制伸缩，如果当前是第N级，当按下数字键（N+1）时，由于（N+1）>N电机拉杆缩回。当按下数字键（N-1）时，由于（N-1）< N电机拉杆(7)伸出。

利用波的干涉来测量金属丝受力拉伸缩的长度：

首先光源的光照到半透半反镜再反谢照到两块叠合好的光学玻璃(动片和静片:静片固定在固定平台上, 动片上的静脚也固定在固定平台上、动脚固定在伸缩平台上),由于步进电机拉杆施加压力，伸缩平台随着钢丝的上下伸缩移动，静片表面反射的光与动片表面反射的光，在动片的上面相遇时，静脚到动脚的光层差正比增大，由此产生光波干涉，并形成明暗相间的干涉条纹。

再由CCD摄像头拍下其条纹图像，将信息送至单片机进行信息处理，分析出条纹的间L来，由公式（h=Lλ/2△l）在单片机内部进行数据处理算出动片动脚和静脚高度差△hN，可以大大地减少，人工测量时的人为误差，并且大大地提高了测量精度，减少了测量仪器所占用的面积，同时该装置完全可单人操作。

当按0数字时，单片机内部高度差h₀和拉力F₀作为初始值，可以消除钢丝变形所造成的误差。

其它数字键N时，单片机内部根据拉伸长度△hN=hN- h₀ 、拉力△FN=FN-F0、长度A和直径D由公式Y=4△FA/∏D²△h直接算出杨氏模量来。这样更精准、方便、快速和直观。

与现有技术相比，有益效果是：

1、 本实用新型由于单片机、键盘和显示器，更为精确和方便地测量数据，并且达到直观的人机息信互换。

2、 本实用新型由于引入了步进电机拉杆、缓冲弹簧、接力传感器、AD转换模和单片机，可以方便地对待测钢丝进行施加拉力，解决了现有已知的测量方法存在的操作不方便，结构复杂等问题。并且等差拉力可以随意设置，具有结构简单，操作方便等特点。

3、 本实用新型由于引入波的干涉测量钢丝的伸缩，可以有效地减少人为测量的误差，省去了望运镜的调试，而且减少了人工测量光杆臂长和镜面到望远镜距离的误差，提高了测量的精确性。

附图说明

图1是本实用新型整体结构示意图。

图2是本实用新型波干涉结构示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

如图1、2所示，一种智能法测量杨氏模量装置，其中,包括支架4，支架4的上部固定有钢丝1，支架4中部设有固定平台3，固定平台3中部设有伸缩平台2，钢丝1的一端与支架4的顶部连接，钢丝1的另一端与伸缩平台2连接；

智能法测量杨氏模量装置还包括拉力控制系统、测量钢丝1受力伸缩长度的干涉系统、用于输入和显示数据的输入显示机构。

输入显示机构包括键盘17、显示器18。拉力控制系统包括步进电机拉杆7、缓冲弹簧5、拉力传感器6、AD转换模块13、单片机16；

伸缩平台2下部连接缓冲弹簧5，缓冲弹簧5下部连接拉力传感器6，拉力传感器6下部连接步进电机拉杆7；单片机16分别连接键盘17、AD转换模块13、缓冲弹簧5、拉力传感器6、显示器18。

干涉系统包括光源12、静脚8、动脚9、静片10、动片11、半透半反镜14、CCD摄像头15，动脚9设于伸缩平台2上，动片11设于动脚9上，动片11底部设有静脚8和静片10；

动片11上方设有光源12、半透半反镜14和CCD摄像头15。支架4设有上固定头19，伸缩平台2上设有下固定头20，钢丝1分别与上固定头19、下固定头20连接。

本实施例中，利用光波的干涉、步进电机拉杆、单片机及摄像来测量金属丝杨氏弹性模量。

利用波的干涉替换望远镜测量钢丝的伸缩，省去了调节望运镜的调试，从而减少了人工测量光杆臂长和镜面到望远镜距离的误差，提高了测量的精确性；其次，采用步进电机拉杆和缓冲弹簧替换放置法码所产生拉力的繁复过程，并且可以设置任意等差拉力；最后，利用智能系统的单片机和CCD摄像头更为真实且方便地测量数据，并且达到直观的人机息信互换。

为克服传统装置测量杨氏模量时产生的较多人为误差，摒弃繁琐调节步骤，开发智能且操作简便的测量装置。本实用新型所述的一种智能且精准测量杨氏模量的装置，包括钢丝1，伸缩平台2，固定平台3，支架4，缓冲弹簧5，拉力传感器6，步进电机拉杆7，静脚8，动脚9，静片10，动片11，光源12，AD转换模块13，半透半反镜14，CCD摄像头15，单片机16,键盘17,显示器18，上固定头19，下固定头20。

1、利用利单片机16、键盘17和显示器18，方便地输入的初始压力F0、等差压力E、钢丝的长度A和直径D。使人机信息交流方便。

由单片机内部程序将键盘17、AD转换模块13、缓冲弹簧5、拉力传感器6和CCD摄像头15传来的信息进行智能处理，算出拉力△FN、拉伸长度△hN和杨氏模量Y。同进度通过显示器18显示出来主观方便。

2、根据所按的数字按键0、1、2、3…(N-1)、N和N、(N-1) …3、2、1键，单片机16 、AD转换模块13和拉力传感器6组成的拉力控制系统来控制步进电机拉杆7的伸缩和施加拉力大小来拉伸钢丝。由钢丝的伸缩引起伸缩平台2的上下移动。

3、由光源12、静脚8、动脚9、静片10、动片11、光源12、半透半反镜14、CCD摄像头15和单片机16组成光波的干涉系统来测量波的干涉条纹的间距。减少了测量的人为误差，提高了测量的精度、减少设备的占地面积、使操作简单和测量速度加快。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。