基于光学检测技术的材料弹性模量测量装置及方法

本发明涉及无损检测，特别涉及一种基于光学检测技术的材料弹性模量测量装置及方法。

背景技术：

1、光学检测是一种重要的无损检测技术，通过检测光的反射或透射、干涉、衍射等信息，可以评估材料的性能变化和缺陷等。随着光学检测技术的快速发展，光学检测、激光成像、奇异光的微操控等技术已经在通信、医疗、材料分析检测等方面展现出独特优异的特点。弹性模量是描述固体材料抵抗形变能力的重要物理量，是选定机械构件的依据之一。

2、弹性模量的测量对研究材料的力学性能、所处状态和寿命有着重要的意义。弹性模量测量的关键技术是材料受到应力时产生微小应变的测量，如何测量弹性模量时亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于光学检测技术的材料弹性模量测量装置及方法，本发明的测量装置具有结构易于操作与观察，现象稳定且结果较为准确等优点，解决了现有的传统检测弹性模量的仪器测量精准度不高，只能测量有限种类的材料等不足的问题。

2、本发明第一方面实施例提供一种基于光学检测技术的材料弹性模量测量装置，包括：升降平台、拉力轨道、数字拉力计和光干涉仪；

3、其中，所述拉力轨道一端固定在所述升降平台上，另一端固定在所述光干涉仪上；

4、所述数字拉力计固定在所述拉力轨道上靠近所述升降平台的一端，通过调节所述升降平台的高度带动所述拉力轨道升降，使得所述数字拉力计与所述光干涉仪中可移动反光镜前的圆孔处于同一水平面；

5、所述光干涉仪包括光源、分光分束器、固定反光镜和可移动反光镜，通过调节光源、固定反光镜和可移动反光镜使得激光通过分光分束器后沿可移动反光镜镜面和固定反光镜镜面的垂直方向反射，并在观察屏上显示有等倾干涉圆环；

6、待测样品一端与所述数字拉力计连接，另一端与可移动反光镜连接，在水平方向上调节可移动反光镜向远离所述数字拉力计的一端移动，使得所述待测样品拉伸后在所述数字拉力计上产生拉力，并且等倾干涉圆环的级数发生变化，根据拉力变化量、等倾干涉圆环的级数变化量、所述待测样品长度、所述待测样品直径和光源波长计算所述待测样品的弹性模量。

7、可选地，在本发明的一个实施例中，所述装置还包括：

8、数字拉力计显示屏，所述数字拉力计显示屏与所述数字拉力计连接，用于显示所述数字拉力计的读数。

9、可选地，在本发明的一个实施例中，所述光干涉仪还包括：

10、观察屏，用于显示等倾干涉圆环；

11、调节手轮，用于在水平方向上移动可移动反光镜，对所述待测样品进行拉伸的同时，改变所述光干涉仪的光程差，使得等倾干涉圆环涌出或陷入，产生级数变化；

12、精密丝杆，用于固定所述拉力轨道的另一端。

13、可选地，在本发明的一个实施例中，所述调节手轮包括：

14、粗调手轮，用于可移动反光镜的移动距离大于预设移动距离时，在水平方向上移动可移动反光镜；

15、微调手轮，用于可移动反光镜的移动距离小于等于所述预设移动距离时在水平方向上移动可移动反光镜。

16、可选地，在本发明的一个实施例中，精密丝杆、可移动反光镜、分光分束器和观察屏依次设置在同一直线上。

17、可选地，在本发明的一个实施例中，所述待测样品的弹性模量的计算公式为：

18、

19、其中，δf为拉力变化量，l为所述待测样品长度，d为所述待测样品直径，λ为光源波长，δk为等倾干涉圆环的级数变化量。

20、本发明第二方面实施例提供一种基于光学检测技术的材料弹性模量测量方法，用于上述实施例基于光学检测技术的材料弹性模量测量装置，所述方法包括以下步骤：

21、组装并调试基于光学检测技术测量材料弹性模量的装置，将待测样品固定在数字拉力计与可移动反光镜之间；

22、在水平方向上调节可移动反光镜向远离数字拉力计的一端移动，记录移动过程中数字拉力计的拉力变化量，以及等倾干涉圆环的级数变化量；

23、根据拉力变化量、等倾干涉圆环的级数变化量、所述待测样品长度、所述待测样品直径和光源波长计算所述待测样品的弹性模量。

24、可选地，在本发明的一个实施例中，所述待测样品的弹性模量的计算公式为：

25、

26、其中，δf为拉力变化量，l为所述待测样品长度，d为所述待测样品直径，λ为光源波长，δk为等倾干涉圆环的级数变化量。

27、本发明实施例的基于光学检测技术的材料弹性模量测量装置及方法，运用光的干涉法，通过等倾干涉圆环的涌出或陷入表征待测样品的拉伸长度，进而计算出待测样品的弹性模量，避免了直接测量待测样品拉伸时的微小形变。该测量弹性模量的装置结构易于操作与观察，现象稳定且结果较为准确。

28、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种基于光学检测技术的材料弹性模量测量装置，其特征在于，包括：升降平台、拉力轨道、数字拉力计和光干涉仪；

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光干涉仪还包括：

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述调节手轮包括：

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，精密丝杆、可移动反光镜、分光分束器和观察屏依次设置在同一直线上。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述待测样品的弹性模量的计算公式为：

7.一种基于光学检测技术的材料弹性模量测量方法，用于权利要求1-6任一项所述的基于光学检测技术的材料弹性模量测量装置，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述待测样品的弹性模量的计算公式为：

技术总结
本发明公开了一种基于光学检测技术的材料弹性模量测量装置及方法，属于无损检测领域，在水平方向上调节可移动反光镜使得待测样品拉伸后在数字拉力计上产生拉力，并且干涉仪中的等倾干涉圆环的级数发生变化，根据拉力变化量、等倾干涉圆环的级数变化量、待测样品长度、待测样品直径和光源波长计算待测样品的弹性模量。本发明具有结构易于操作与观察，现象稳定且结果较为准确等优点，解决了现有的传统检测弹性模量的仪器测量精准度不高，只能测量有限种类的材料等不足的问题。

技术研发人员：陈杰,梅益仙,张静怡,邢超然,陆瞿亮,滕佳寅,周欣怡,李楠
受保护的技术使用者：东南大学成贤学院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23