[发明专利]一种力学参数的测量装置和测量方法

说明书

本发明提供一种力学参数的测量装置，包括：夹具、线圈、磁铁、光源、滤光片、第一偏振片、第二偏振片、三脚支架、光功率计或光谱仪及其探头、直流电源和电阻；夹具用于将待测材料两端固定，所述线圈悬挂于水平放置的待测材料中点处或悬挂于竖直放置的待测材料下端，且置于磁铁两极中间匀强磁场处；所述光源、滤光片、第一偏振片、第二偏振片、光功率计或光谱仪探头高度一致，且光源发出的光线依次垂直通过滤光片、第一偏振片、第二偏振片、光功率计或光谱仪探头；第二偏振片固定于三脚支架上，三脚支架的一个尖足置于夹具上，另外两个尖足高度固定放置于一水平板上，线圈导线的两端与电阻及直流电源连接，形成闭合回路。本发明装置操作简单，结果准确，具有可控易调、稳定连续、抗干扰性强等优点。

技术领域

本发明涉及力学参数测量领域，特别是指一种力学参数的测量装置和测量方法。

背景技术

形变广泛应用于力学测量、能量转化、柔性器件等方面。可穿戴设备为医疗、电子、分析检测等行业提供了新思路。我国的航天事业取得重大突破，柔性太阳电池翼首次应用于我国空间站，其电池板采用大面积可展收的柔性材料，极大地减轻了质量，提升了空间站的运载能力。而形变相关的力学参数的测定便是选择和设计柔性材料的关键，具有重要的科学意义和应用价值。

杨氏模量、弹性系数以及泊松比是固体材料的重要力学参数，其测量的关键在于解决应力与应变的关系。如杨氏模量的测量经过两百年的发展，其应力的施加主要基于悬挂重物、霍尔效应等方法，而应变的测量方法主要有光杠杆、等厚干涉等。上述方法丰富多样，但仍存在不少问题。如教学课程中常用的光杠杆镜尺法，不仅占用空间面积大，且调节困难、操作复杂，同时手动悬挂重物的操作中对装置的稳定性也会造成一定的影响，对实验结果产生无法消除的误差。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种力学参数的测量装置，本发明提供的装置，能够以通电导线在磁场中受到的安培力作为应力，采用偏振光路测量轴向应变，获得固体材料应力与应变之间的关系，从而可求得材料的各项力学参数，操作简单，且测量结果准确。

本发明采用如下技术方案：

一种力学参数的测量装置，包括：夹具、线圈、磁铁、光源、滤光片、第一偏振片、第二偏振片、三脚支架、光功率计或光谱仪、直流电源和电阻；其中所述夹具用于将待测材料两端固定，所述线圈悬挂于水平放置的待测材料中点处或悬挂于竖直放置的待测材料下端，且置于磁铁两极中间匀强磁场处；所述光源、滤光片、第一偏振片、第二偏振片、光功率计或光谱仪探头高度一致，且光源发出的光线依次垂直通过滤光片、第一偏振片、第二偏振片、光功率计或光谱仪探头；第二偏振片固定于三脚支架上；三脚支架的一个尖足置于夹具上，另外两个尖足高度固定放置于一水平板上，使三个尖足处于同一初始水平高度，线圈导线的两端与电阻及直流电源连接，形成闭合回路。

具体地，所述三脚支架由三个尖足支撑，三个尖足连线形成一个等腰三角形，其中一个尖足到另外两个尖足之间的垂直距离可调，所述第二偏振片固定放置于三脚支架上方。

具体地，所述磁铁为永磁铁或电磁铁。

具体地，所述光源为激光器、LED灯、白炽灯、荧光灯、汞灯或卤素灯，产生的波长为紫外、可见光或红外波段。

本发明实施例还提供一种采用上述所述的力学参数测量装置的测量方法，包括如下步骤：

1)将待测材料两端用夹具固定，测量待测材料的初始轴向长度、初始径向长度，将线圈悬挂于待测材料上；

2)放置磁铁，使与待测材料相连的线圈下半部分置于磁铁两极中间匀强磁场处；

3)将光源、滤光片、第一偏振片、光功率计或光谱仪探头高度调为一致，使光路水平；滤光片、第一偏振片、光功率计或光谱仪探头垂直正对光源方向，使光源发出的光线依次通过滤光片、第一偏振片、光功率计或光谱仪探头；