[发明专利]一种温度环境下测量动态弹性模量的装置及测量方法

权利要求书

1.一种温度环境下测量动态弹性模量的装置，其特征在于：包括刚性固定台、固定夹板、电加热盘，温度控制仪、热电偶、压电陶瓷片、功率放大器、信号发生器、激光测振摄像头、激光测振仪、计算机、支架、透明保温罩；

刚性固定台用紧固件固定于地面上，试件为梁状结构，通过固定夹板用螺栓、螺母紧固于刚性固定台上，安装后试件垂直于刚性固定台上安装面；以上所述试件根部两侧各贴一个压电陶瓷片，试件根部中间位置贴一个热电偶，热电偶与试件相接触；激光测振摄像头置于地面上，通过激光测振摄像头自身支架可以调整其高度和方向，调整后激光测振摄像头正对试件中央；电加热盘立于固定台上，位置在试件后端与激光照射面相反；温度控制仪、功率放大器、信号发生器、激光测振仪、计算机设置在支架上；

计算机用来控制信号发生器的信号输出，控制激光测振摄像头对试件进行测试，并处理显示激光测振仪传来的数字信号；对测得的数字信号进行模态分析，通过对分析所得的模态频率和模态振型的辨识，得到试件的前三阶弯曲振动的模态频率；由欧拉-伯努利梁的弯曲振动方程中弯曲振动固有频率和弹性模量的关系可以由模态频率反推出弹性模量，分别测得在几个预设温度环境下的弹性模量后经计算机中的线性插值算法得到弹性模量随温度变化曲线；

激光测振仪接收激光测振摄像头传来的模拟信号，并将其转化成数字信号，数字信号通过数据线传输给计算机；

激光测振摄像头通过激光束对试件的振动信号进行测试，并把所接收到的模拟信号传给激光测振仪；

信号发生器接收计算机传来的数字信号，并将数字信号装化成电压信号，通过数据线传给功率放大器；

功率放大器接收信号发生器的电压信号，并对其进行功率放大，将放大后的电压信号传给压电陶瓷片；

压电陶瓷片接收来自功率放大器的信号，并产生振动，对试件起到激振作用；

温度控制仪接收来自热电偶的信号，并对其进行识别，调节输出电压，控制电加热盘的功率来对试件的温度进行控制；

热电偶测得试件的温度，通过数据线将信号传给温度控制仪；

透明保温罩为一面开口的盒式结构，在加温时安装于刚性固定台上表面并罩住试件和电加热盘，减小空气对流对试件加温的影响，透明保温罩不妨碍激光测振摄像头对试件进行振动测试。

2.如权利要求1所述一种温度环境下测量动态弹性模量的装置，其特征在于：所述试件与固定台上表面垂直。

3.一种温度环境下测量动态弹性模量的方法，其特征在于：

步骤一：安装刚性固定台于地面；

步骤二：通过固定夹板将试件夹持于刚性台上，形成一端固支一端自由的悬臂状态；

步骤三：粘贴压电陶瓷片于试件根部两侧，粘贴热电偶于试件根部中心位置；

步骤四：调试激光测振摄像头，使其正对被测试件，并在计算机中设置要进行扫描的测点，再检查预设扫描点反光性能，对信号弱的点进行贴反光膜处理；；

步骤五：安装电加热盘于刚性固定台上，启动温度控制仪；将保温罩罩住试件和电加热盘，温度控制仪、电加热盘、热电偶组成一个温度控制系统对试件温度进行控制；

步骤六：对其进行温度预设，待温度控制稳定；

步骤七：固有频率及模态测量；

计算机控制信号发生器产生激励信号，激励信号经功率放大器放大后传给压电陶瓷片，压电陶瓷片对试件产生激励，激光测振摄像头对试件进行扫描测振，在对预设扫描点进行扫描之后对测得信号进行频谱分析，得到试件一端自由一端固支状态下的各阶次固有频率和模态，记录下所测得的各阶次固有频率和其相对应的振型，重复步骤六至七；

步骤八：对测得数据进行分析，由欧拉-伯努利梁的弯曲振动方程中弯曲振动固有频率和弹性模量的关系反推出弹性模量值，并由测试数据线性插值得到弹性模量随温度变化的曲线。