[其他]碳纤维丝截面积及杨氏模量测定仪

说明书

碳纤维丝截面积及杨氏模量测定仪。本发明涉及一种用于测定碳纤维单丝横截面积及轴向杨氏模量的测量装置。它利用弦振动共振原理，采用非接触式接收振动信号并进行放大，振动部分置于真空系统中，因此可最大限度消除空气阻尼、非线性振动及其它干扰和损耗，因而测量精度高，是测定碳纤维单丝重要力学参数的有用工具。

本发明涉及一种用于测定碳纤维单丝横截面积及轴向杨氏模量的测量装置。它利用纤维的弦振动共振原理测横截面积、纤维的轴向纵振动测轴向杨氏模量，采用非接触式接收信号，以此判断被测碳纤维单丝的共振状况。

目前测量碳纤维单丝的横截面积比较准确的方法是采用弦振动共振法，上海碳素厂中心试验室在1978年4月曾报导题为“碳纤维单丝强度测试方法”一文介绍了这种测量方法，文中所设计的测量装置分为振动激发系统、样品夹持系统、信号接收系统、信号放大系统四部分。被测碳纤维丝由上夹头固定，下端系以质量为m的重物，接收探头直接与纤维丝相接触以接收振动信号，由音频信号发生器等组成的振动激发系统所发出的音频信号经激发电极加至碳纤维单丝，使碳纤维丝起振，振动信号由接触式探头接收、经信号放大系统放大并由示波器显示出来。调节音频信号发生器的频率，激发纤维丝作基频共振，并测定其基频共振频率ν₀，则由ν₀、碳纤维丝的密度ρ和长度L，便可根据公式求出其截面积为

A＝mg/4ρL2v02

由于在接收振动信号时，采用接触式，即接收探头直接与振动着的纤维单丝相接触，这样做使碳纤维丝的振动受到探头的严重干扰，使波形畸变，增加振动系统的能量损耗，从而带来了新的误差。

本发明的任务是要提供一种新的检测装置，它不必与振动着的碳纤维丝直接接触就能接收纤维丝的振动信号，准确地判断它的共振状态，从而准确测出碳纤维丝的横截面积和轴向杨氏模量。

本发明的任务是通过以下方式来完成的：首先把接触式探头接收改为电容传感接收方式。横振动激发电极与碳纤维丝间（或纵振动激发电极与碳纤丝下夹头间）所形成的电容作为传感电容，这电容与接在碳纤维上夹头的输出电阻、接在激发电极前端的电容和电阻分别组成交流平衡电桥的四个臂，而这电容与接在碳纤维丝上夹头的输出电阻的连接点及接在激发电极前端的电容和电阻的连接点分别为这电桥的两个输出端，在这输出端接上一个高输入阻抗的差分运算放大器。当碳纤维受激发作受迫振动时，激发电极与碳纤维丝之间或激发电极与下夹头之间所形成的电容器的电容量不断发生变化，其交化量与纤维振动的振幅成正比，这样因这个电容量的变化而在输出负载电阻上迭加上一个与电容量变化成正比的交流讯号，由于这个交流电桥平衡系统的存在，使负载电阻上的因有背景交流讯号与因电容量变化而迭加上去的交流讯号分开，这个迭加上去反映碳纤维丝振动情况的交流讯号再经高输入阻抗差分放大器放大后由显示器显示出来，这样从显示器显示出来的电讯号的大小，就可相应判断出纤维丝的振幅大小，由此准确地判断出纤维丝是否已共振。

以下将结合附图对发明作进一步的详细描述。

图1是振动激发系统、信号接收系统、交流电桥平衡系统的示意图。

图2是高输入阻抗差分运算放大器线路图。

图3是真空系统示意图。

参照图1，纤维单丝〔12〕上端被上夹头〔7〕紧紧夹住不动，下端悬挂质量为m的重物〔13〕，重物的作用在于给纤维单丝一个固定张力mg，重物外形像一个夹头，能将纤维单丝夹住，并悬挂起来。由直流高压发生器〔1〕、音频讯号发生器〔2〕、保护电容器〔4〕、横振动激发电极〔5〕和纵振动激发电极〔6〕组成一个振动激发系统。〔1〕提供直流偏压;〔2〕提供交流激发电压，其频率由数字频率计〔3〕测定，测频精度为0.1HZ;〔4〕的电容量可用0.1μf、耐压为500伏，它在本装置中起保护作用，当〔5〕和纤维丝〔12〕或〔6〕与〔13〕不慎相碰时，它能防止直流高压直接窜入放大器。

在直流偏压和交流激发电压作用下，〔5〕激发〔12〕作弦的横振动以测定纤维丝的横截面积;〔6〕激发〔12〕作纵振动以测定纤维丝的轴向杨氏模量。这两个量的测量顺序通过旋动开关S₁进行。