一种基于数字化的弹性模量测量仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于测量技术领域，具体涉及一种基于数字化的弹性模量测量仪。
【背景技术】
[0002]传统的杨氏模量测量装置是将钢丝微小的变化量通过光杠杆镜进行放大，然后读取放大后的长度变化量。然而通过这种方法必然导致装置体积大，显得太笨重，稍有不慎就会引起很大的误差，测量稳定性不够，这种装置在使用中有诸多不便和缺点。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的是提供一种基于数字化的弹性模量测量仪，解决了现有技术中存在的模量测量装置体积过大、测量稳定性不够的问题。
[0004]本实用新型所采用的技术方案是，一种基于数字化的弹性模量测量仪，包括底座，底座上设置有平行相对的两个立板，两个立板之间设置有连接板，其中一个立板上设置有用于固定钢丝的固定卡头，另一个立板上安装有丝杠调力机构，丝杠调力机构包括调力手柄和水平安装在底座上的丝杠，丝杠与调力手柄连接，丝杠的另一端设置有拉力传感器，拉力传感器与固定卡头之间用于安装待测钢丝；还包括数字化测量模块，数字化测量模块包括用于采集钢丝形变信息的摄像头、用于记录和处理测试参数的微控制器、用于显示测试数据的液晶显示屏；摄像头、拉力传感器均与微控制器连接，微控制器与液晶显示屏连接。
[0005]本实用新型的特征还在于，连接板的上方设置有米尺。
[0006]拉力传感器是量程为20KG的S型拉力传感器。
[0007]包括背景光源，背景光源与摄像头分别在钢丝的两端，
[0008]微控制器采用ST公司的STM32F407VGT6芯片。
[0009]三维移动装置与摄像头连接。
[0010]拉力传感器的驱动电路为高精度仪表放大器。
[0011]本实用新型的有益效果是:能够解决传统杨氏模量测量装置体积过大、测量稳定性不够的问题，该数字化模量测量仪结构简单、成本低廉、测量精度高。
【附图说明】
[0012]图1是本实用新型的弹性模量测量仪的结构示意图。
[0013]图中，1.底座，2.调力手柄，3.米尺，4.背景光源，5.丝杠，6.摄像头，7.三维移动装置，8.液晶显示屏，9.固定卡头，10.拉力传感器。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进行详细说明。
[0015]本实用新型一种基于数字化的弹性模量测量仪，结构如图1所示。
[0016]包括底座1，底座I上设置有平行相对的两个立板，两个立板之间设置有连接板，连接板的上方设置有米尺3 ;其中的一个立板上设置有用于固定钢丝的固定卡头9，另一个立板上安装有丝杠调力机构，丝杠调力机构包括调力手柄2和水平安装在底座I上的丝杠5，丝杠5与调力手柄2连接，丝杠5的另一端设置有拉力传感器10，拉力传感器10与固定卡头9之间用于安装待测钢丝；
[0017]数字化测量模块包括用于采集钢丝形变信息的摄像头6、用于记录和处理测试参数的微控制器、用于显示测试数据的液晶显示屏8和电源。摄像头6、拉力传感器10均与微控制器连接，微控制器与液晶显示屏8连接。
[0018]进一步，拉力传感器10是量程为20KG的S型拉力传感器。
[0019]背景光源4与摄像头6分别在钢丝的两端，背景光源4是白色led灯，并且必须要有背景光源4，因为通过钢丝和背景的像素突变来知道到钢丝的位置。钢丝图像必须要有一个比较好的背景，才能准确的采集到钢丝的位置信息。摄像头6不仅可以检测钢丝受力后的伸长量，同时测量钢丝的直径。
[0020]微控制器:采用ST公司的STM32F407VGT6芯片，普通的ARM芯片，功能的实现依靠现有的程序算法来实现。
[0021]三维移动装置7与摄像头6连接，通过三维移动装置7 —方面可以调整摄像头6的聚焦，调整钢丝在视野中的位置，另一方面可以对整个实验的测量进行定标。
[0022]在实验开始之前我们需要进行一个定标的操作，通过调节上下旋钮(带螺旋测微器功能)旋转0.5mm,同时摄像头6检测到钢丝移动的像素点，从而可以得到一个像素点与实际钢丝长度的比例。前后移动的旋钮用来调整摄像头6的聚焦。左右移动的旋钮调整钢丝标志物在图像上的初始位置。
[0023]数字化测量模块:
[0024]摄像头6和液晶显示屏8是整个装置的核心部分，通过摄像头6采集钢丝的形变信息，由微控制器记录和处理钢丝直径、拉伸长度、拉力变化等各种测试参数，并实时显示于液晶显示屏8上，操作者只需记录下这些相关参数，即可计算出被测材料的杨氏模量。
[0025]利用丝杠调力机构可以方便的改变钢丝的拉力大小，而不再需要笨重的砝码来改变拉力。
[0026]拉力传感器10能够采集到当前钢丝所受拉力的大小，并实时显示在液晶显示屏8上。我们采用的是量程为20KG的S型拉力传感器10。该拉力传感器精度高，稳定性好，精确度可以到I克。拉力传感器10的驱动电路部分是一个高精度仪表放大器，其放大倍数最大可到60dB，工作电压宽，静态电流小。该芯片只需要一些简单的外部电路元件即可正常工作，电路简单可靠。
[0027]本实用新型一种基于数字化的弹性模量测量仪的工作过程是，
[0028]1.用米尺3测量钢丝的原长L，从左侧固定卡头9处到钢丝黑色标志物的距离。
[0029]2.调节摄像头三维移动装置7，转动左右上下移动的旋钮，使钢丝出现在液晶显示屏8中间位置。再转动摄像头6的聚焦旋钮(同时可微调镜头)，直到钢丝在液晶显示屏8上有一个清晰的成像，注意此时黑色标志物不能出现在视野中，之后的实验不可再改变焦距。
[0030]3.按下按键，再旋转上下移动的螺旋测微旋钮(上下均可)，转动0.5mm，同时钢丝会在屏幕上下移动，注意不能离开屏幕范围。然后再次按下按键，这时控制器会自动根据两次钢丝的位置计算出钢丝移动像素点的数量，还有钢丝直径所占的像素点，此时我们便能够计算得到一个像素点对应的实际长度以及直径的实际长度，即定标。记录下钢丝移动像素点和钢丝直径所占的像素点，后面的数据处理时需要用到。
[0031]4.定标结束后，就可以开始进行测量了，测量前先改变钢丝拉力，让拉力保持在2kg以上。调节三维移动装置7左右移动摄像头6，直到黑色标志物出现在屏幕的边缘，此时按下按键2，控制器便会以此为初始状态进行数据的记录和处理。
[0032]5.转动调力手柄2，逐渐改变钢丝的拉力，每次改变后按下按键2便能计算出当前的长度变化量，同时拉力也会显示在液晶显示屏上8，我们只需要记录每次拉力变化后的像素点变化以及拉力值即可。注意拉力值不可超过15kg。
[0033]6.重复步骤5，记录十组数据，用作图法处理数据，计算被测材料的杨氏模量。
[0034]上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以对其作出种种变化。
【主权项】
1.一种基于数字化的弹性模量测量仪，其特征在于，包括底座(1)，底座(I)上设置有平行相对的两个立板，两个立板之间设置有连接板，其中一个立板上设置有用于固定钢丝的固定卡头(9)，另一个立板上安装有丝杠调力机构，丝杠调力机构包括调力手柄(2)和水平安装在底座(I)上的丝杠(5)，丝杠(5)与调力手柄(2)连接，丝杠(5)的另一端设置有拉力传感器(10)，拉力传感器(10)与固定卡头(9)之间用于安装待测钢丝；还包括数字化测量模块，数字化测量模块包括用于采集钢丝形变信息的摄像头(6)、用于记录和处理测试参数的微控制器、用于显示测试数据的液晶显示屏⑶；摄像头(6)、拉力传感器(10)均与微控制器连接，微控制器与液晶显示屏(8)连接。2.根据权利要求1所述的一种基于数字化的弹性模量测量仪，其特征在于，连接板的上方设置有米尺(3)。3.根据权利要求1所述的一种基于数字化的弹性模量测量仪，其特征在于，拉力传感器(10)是量程为20KG的S型拉力传感器。4.根据权利要求1所述的一种基于数字化的弹性模量测量仪，其特征在于，包括背景光源(4)，背景光源(4)与摄像头(6)分别在钢丝的两端。5.根据权利要求1所述的一种基于数字化的弹性模量测量仪，其特征在于，微控制器采用ST公司的STM32F407VGT6芯片。6.根据权利要求1所述的一种基于数字化的弹性模量测量仪，其特征在于，三维移动装置(7)与摄像头(6)连接。7.根据权利要求1所述的一种基于数字化的弹性模量测量仪，其特征在于，拉力传感器(10)的驱动电路为高精度仪表放大器。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于数字化的弹性模量测量仪，底座上设置有平行相对的两个立板，两个立板之间设置有连接板，其中一个立板上设置有固定卡头，另一个立板上安装有丝杠调力机构，丝杠调力机构包括调力手柄和水平安装在底座上的丝杠，丝杠与调力手柄连接，丝杠的另一端设置有拉力传感器；还包括数字化测量模块，数字化测量模块包括用于采集钢丝形变信息的摄像头、用于记录和处理测试参数的微控制器、用于显示测试数据的液晶显示屏；摄像头、拉力传感器均与微控制器连接，微控制器与液晶显示屏连接。解决了现有技术中存在的模量测量装置体积过大、测量稳定性不够的问题。
【IPC分类】G01N3/08
【公开号】CN204807392
【申请号】CN201520332026
【发明人】沈剑峰
【申请人】浙江大学城市学院
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年5月20日