[实用新型]共振法杨氏模量测量仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种教学实验设备，具体指利用共振法法测定金属丝的杨氏模量的实验仪，属于物理实验测量技术领域。 

背景技术

杨氏模量是固体材料的重要力学参量，它标志者材料抵抗力产生拉伸（或压缩）形变的能力，是选择机械构件材料的依据之一。测定杨氏模量的方法有静态拉伸法和动力学共振法。前者常用于大形变、常温下的测量。但由于静态拉伸法载荷大，加载速度慢，有驰豫过程，而不能真实地反应材料内部结构的变化，它既不适用于对脆性材料的测量，也不能测量材料在不同温度时的杨氏模量。动力学共振法不仅克服了前者的缺陷，而且更具有实用价值。 

测出共振频率，将试样的质量、长度、截面直径等物理参数代入相应的公式可以计算出材料的杨氏模量。 

Y=1.6067×L3md4f2]]>

式中，L为棒长，m为棒的质量，d为棒的直径，f为棒的固有频率。则本实验的主要问题就是测量式样的固有频率。 

目前共振法测试仪测量中不足之处在于:实验装置中有两个传感器，一个激振器，一个拾振器。激振器作为输入信号，还需要配备信号发生器和数字频率计，仪器过多导致仪器自身误差过大，自然对于该系统最后的输出造成较大的影响。 

发明内容

实用新型内容 

本实用新型旨在改进共振法杨氏模量测定仪，简化实验装置，可以方便、准确的测量棒料的固有频率和杨氏模量。不同材料、不同尺寸和不同形状的刚体，若被撞击，发出撞击声的频率各不相同，它反映了刚体的固有动态特性被撞击发出的撞击声频率与待测刚体的固有频率相同，因此可以通过测量撞击声频率来测量刚体的固有频率。物体固有频率与它的硬度、质量、外形尺寸有关。一截面积不变，材料密度和弹性常数均匀且没有机械损耗的细棒，当沿轴向施以激发力时，棒中将产生纵波，当棒的横向尺寸与其长度相比甚小时，棒中的纵波是平面纵波，截面上各质点作等幅同相振动，被撞击发出的撞击波频率就是其固有频率。 

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种共振法杨氏模量测量仪，其主要由待测棒料、压电式加速度传感器、电荷放大器、数字信号处理芯片和计算机组成；刀口置于待测棒料的节点处，并且压电式加速度传感器接触待测棒料的一端，压电式加速度传感器的输出端与电荷放大器的输入端电连接，电荷放大器的输出端与数字信号处理芯片电连接，而数字信号处理芯片与计算机电连接。 

测量时，敲击待测棒料的另一端，当压电式加速度传感器感受到振动时，由其输出端将输出电量输送至电荷放大器。从而电荷放大器输出与加速度成一定比例关系的电压信号。此电压信号再接入高精度快速数字信号处理芯片DSP，将模拟信号变成数字信号，变成计算机能够识别的信号。计算机对接收到的振幅信号进行分析计算，筛选出振幅最大的波形对应的频率，该频率就是共振频率。在基频条件下，由于共振频率和固有频率相差很小，所以固有频率在数值上可以用共振频率替代。 

附图说明

图1是本实用新型的共振法杨氏模量测量仪的示意图。 

其中附图标记分别代表：1.待测棒料，2.压电式加速度传感器，3.电荷放大器，4.DSP，5.计算机，6.刀口。 

具体实施方式

一种共振法杨氏模量测量仪，其主要由待测棒料、压电式加速度传感器、电荷放大器、数字信号处理芯片和计算机组成；刀口置于待测棒料的节点处，并且压电式加速度传感器接触待测棒料的一端，压电式加速度传感器的输出端与电荷放大器的输入端电连接，电荷放大器的输出端与数字信号处理芯片电连接，而数字信号处理芯片与计算机电连接。 

测量时，敲击待测棒料的另一端，当压电式加速度传感器感受到振动时，由其输出端将输出电量输送至电荷放大器。从而电荷放大器输出与加速度成一定比例关系的电压信号。此电压信号再接入高精度快速数字信号处理芯片DSP，将模拟信号变成数字信号，变成计算机能够识别的信号。计算机对接收到的振幅信号进行分析计算，筛选出振幅最大的波形对应的频率，该频率就是共振频率。在基频条件下，由于共振频率和固有频率相差很小，所以固有频率在数值上可以用共振频率替代。