专利名称：迈克尔逊干涉法测量细丝杨氏模量的装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种利用物理光学方法测量材料力学参数的实验装置，特别是一种利用迈克尔逊干涉法测量细丝杨氏模量的装置及方法。
背景技术：
迈克尔逊干涉仪是利用分振幅法产生双光束以实现干涉，主要研究的是光的精细结构和长度标准的校准，存在有两条光路，可测波长、空气折射率、可以用来测量微小位移。杨氏模量是表征在弹性限度内物质材料抗拉或抗压的物理量，它是沿纵向的弹性模量。杨氏弹性模量是选定机械零件材料的依据之一，是工程技术设计中常用的参数。测量杨氏模量的方法一般有拉伸法、梁弯曲法、振动法、内耗法等。高等院校物理实验中杨氏模量主要的测量方法是光杠杆法。光杠杆法测量装置主要由望远镜、支架、细丝固件、小反射平面镜、标尺、砝码、螺旋测微计、游标卡尺、米尺等构成。测量过程中需要调节光路，使观测者从望远镜能清晰的看到标尺的像。然后逐渐加砝码，使细丝被拉长，通过细丝伸长的微小长度、小反射平面镜转过的角度及望远镜像中标尺读数差的关系带入公式，得到细丝的弹性模量。该种传统的测量方法有以下缺点:通过镜子看标尺时，反射的像难以调节，将非竖直光路近似看成是同一竖直的光路，会产生误差；通过望远镜看标尺读数，标尺的精度低，产生误差。因此现在需要一种能够解决上述问题的新的测细丝杨氏模量的方法或装置。
发明内容
本发明是为了解决现有技术所存在的上述不足，提出一种结构简单，设计巧妙，利用迈克尔逊干涉法对细丝的杨氏模量进行测量，测量结果精确，且适合于多种不同材质细丝的测量装置及方法。本发明的技术解决方案是:一种迈克尔逊干涉法测量细丝杨氏模量的装置，其特征在于:所述的装置包括激光器1、扩束镜2和相互垂直的第一导轨3、第二导轨4，在第一导轨3和第二导轨4的交界处设置有分光板G，并且分光板G与两个导轨均成45度角设置，在第一导轨3上滑动设置有第一镜座5，第二导轨4上滑动设置有第二镜座6，在第一镜座5和第二镜座6上分别设置有平面反射镜M1和平面反射镜M2,并且平面反射镜M1和平面反射镜M2的背面还设置有调节螺钉，在第一导轨3的靠近分光板G的一端设置有固定架7，待测细丝10的一端固定在固定架7上，待测细丝10的另一端则固定在第一镜座5上，第一镜座5还与第一牵引绳8连接,第一牵引绳8的另一端通过拉力计9与第二牵引绳11连接，而第二牵引绳11的另一端则缠绕在设置在第一导轨3末端的定滑轮12上，在分光板G相对于第一导轨3的对侧，还设置有毛玻璃观察屏13。一种利用如上所述的装置进行迈克尔逊干涉法测量细丝杨氏模量的方法，其特征在于:所述的方法按照以下步骤进行:
a、将长度为L，直径为d的待测细丝10的两端分别固定在固定架7和第一镜座5上，旋转定滑轮12，使待测细丝10伸直，b、调整平面反射镜M2的位置，使M2到分光板G中心的距离与平面反射镜M1到分光板G中心的距离大致相同，
C、调节光路，使干涉圆环的环心出现在毛玻璃观察屏13视场的中央，此时平面反射镜M1和平面反射镜M2相互垂直，
d、细调平面反射镜M2的位置，使在毛玻璃观察屏13上观察到的干涉圆条纹疏密、亮度合适，便于记录干涉条纹的变化个数，
e、缓慢地匀速转动定滑轮12，让第二牵引绳11在定滑轮12上匀速缠绕，第一牵引绳8拉动平面反射镜M1在第一导轨3上缓慢地匀速滑动，使待测细丝10伸长，当毛玻璃观察屏13上有干涉条纹的“涌出”或“陷入”现象后，记录拉力计9的读数F1，继续相同方向缓慢地匀速转动定滑轮12，观察并记录“涌出”或“陷入”干涉条纹的个数N，并记录变化N个条纹后拉力计9的度数F2,
f、激光的波长为λ，将上述的FpFylUd和λ代入公式:
权利要求
1.一种迈克尔逊干涉法测量细丝杨氏模量的装置，其特征在于:所述的装置包括激光器(I)、扩束镜(2)和相互垂直的第一导轨(3)、第二导轨(4),在第一导轨(3)和第二导轨(4)的交界处设置有分光板G，并且分光板G与两个导轨均成45度角设置，在第一导轨(3)上滑动设置有第一镜座(5)，第二导轨(4)上滑动设置有第二镜座(6)，在第一镜座(5)和第二镜座(6)上分别设置有平面反射镜M1和平面反射镜M2，并且平面反射镜M1和平面反射镜仏的背面还设置有调节螺钉，在第一导轨(3)的靠近分光板G的一端设置有固定架(7)，待测细丝(10)的一端固定在固定架(7)上，待测细丝(10)的另一端则固定在第一镜座(5)上，第一镜座(5)还与第一牵引绳(8)连接，第一牵引绳(8)的另一端通过拉力计(9)与第二牵引绳(11)连接，而第二牵引绳(11)的另一端则缠绕在设置在第一导轨(3)末端的定滑轮(12)上，在分光板G相对于第一导轨(3)的对侧，还设置有毛玻璃观察屏(13)。
2.一种利用如权利要求1所述的装置进行迈克尔逊干涉法测量细丝杨氏模量的方法，其特征在于:所述的方法按照以下步骤进行: a、将长度为L，直径为d的待测细丝(10)的两端分别固定在固定架(7)和第一镜座(5)上，旋转定滑轮(12)，使待测细丝(10)伸直， b、调整平面反射镜M2的位置，使M2到分光板G中心的距离与平面反射镜M1到分光板G中心的距离大致相同， C、调节光路，使干涉圆环的环心出现在毛玻璃观察屏(13)视场的中央，此时平面反射镜M1和平面反射镜M2相互垂直， d、细调平面反射镜M2的位置，使在毛玻璃观察屏(13)上观察到的干涉圆条纹疏密、亮度合适，便于记录干涉条纹的变化个数， e、缓慢地匀速转动定滑轮(12)，让第二牵引绳(11)在定滑轮(12)上匀速缠绕，第一牵引绳(8)拉动平面反射 镜M1在第一导轨(3)上缓慢地匀速滑动，使待测细丝(10)伸长，当毛玻璃观察屏(13)上有干涉条纹的“涌出”或“陷入”现象后，记录拉力计(9)的读数F1，继续相同方向缓慢地匀速转动定滑轮(12)，观察并记录“涌出”或“陷入”干涉条纹的个数N，并记录变化N个条纹后拉力计(9)的度数F2, f、激光的波长为λ，将上述的FpFylUd和λ代入公式:￡.AF Z — AAFL — UjF1 -F1)S Al π 'M.Wi2N)-, 求得待测细丝 ο的杨氏模量。
全文摘要
本发明公开一种迈克尔逊干涉法测量细丝杨氏模量的装置及方法，它省去了原迈克尔逊干涉的读数系统及控制动镜移动的精密丝杆结构，增加了一个与原导轨垂直的导轨，将原定镜改为动镜。通过转动定滑轮带动一动镜移动，使待测细丝伸长，数出观测到的干涉条纹的缩进或涌出个数，同时测量施加在待测细丝上的拉力，代入计算公式后，便能够直接求出杨氏模量。这种装置具有测量精确，操作方便、快捷等优点，并且它不仅仅限制于金属丝的弹性模量测量，还能够用于测量发丝、细线、蚕丝等细丝的弹性模量，应用范围较为广泛。因此可以说它具备了多种优点，特别适合于在本领域中推广应用，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。
文档编号G01N21/45GK103115896SQ20131004604
公开日2013年5月22日 申请日期2013年2月6日 优先权日2013年2月6日
发明者杨桂娟, 胡玉才, 郑鑫怡, 任怀学, 李天祥, 王宝宁 申请人:大连海洋大学