光学扫描测金属杆直径
实验6 用光杠杆测量金属的弹性模量(311)
实验6 用光杠杆测量金属的弹性模量（311）一、实验目的1．学习用光杠杆测量微小长度变化的原理，掌握放大法.2．理解视差，掌握消除视差的调整方法.3．学会用逐差法处理数据，掌握对测量结果的标准不确定度进行评定.二、实验仪器杨氏模量测定仪、钢丝、砝码、游标卡尺、卷尺三、实验原理设金属丝的长度为L ，横截面积为S ，沿长度方向受到作用力F 时，金属丝发生弹性形变，伸长(或缩短)△L .比值F ／S 是单位横截面上的作用力，称为正应力；比值 △L/L 是相对伸长，称为线应变.胡克定律告诉我们：在物体的弹性限度内正应力与线应变成正比F LES L∆= (9-1) 比例系数E 称为弹性模量(曾称杨氏模量)，单位名称为帕[斯卡]，单位符号为Pa.实验证明，弹性模量与温度有关，与物体本身材料的化学成分、结构、加工制造方法有关，而与外力、物体的形状及大小无关，是表征固体性质的一个重要物理量.固体中纵波的波速、固体材料的很多力学性质都与弹性模量有关，据此可以提供测弹性模量的不同方法.本实验就是从(9-1)式出发来测量弹性模量。
[装置介绍](9-1)式中F 、S 、L 的测量很容易解决，而△L 很小，用一般工具不易测准，因此可采用光杠杆法。
其装置如图9-1(a )所示，其细部见图9-1(b ):待测金属丝②的上端固定在支架①的顶部，下端固定在“口”形框⑤的上端，“口”形框下端的丝口接砝码托⑦，在托上放置砝码.可上下移动的平台⑥固定在支架的中部，平台上有一个矩形孔，“口”形框穿过此孔并可以在孔中上下自由移动.平面镜③安装在有三只尖脚的镜座④上，前两只尖脚放在平台上，第三只主杆尖脚卡在“口”形框内侧底面中央的接砝码托丝口的凹处，可以随着金属丝的伸长而上下移动.将水准仪放在平台上，调节支架底部的三个螺钉使平台水平.将平面镜的镜面转到与水平面垂直，望远镜⑨正对平面镜，调节目镜与叉丝距离调节手轮⑩和调焦手轮○11，从望远镜中可以看到由平面镜反射过来的标尺⑧的像. 平面镜与镜座构成了光杠杆(见图9-1（b ）).光杠杆测微小伸长量的原理见图9-3.当金属丝伸长△L 时，光杠杆的长为b 的主杆尖脚也随之下落△L ,带动平面镜M 转过α角而至M'，镜面的法线0on 也转过α角至1on .根据反射定律，0121n on n on α∠=∠=，从标尺的n 2处发出的光线将反射到n 0，从望远镜中看到的是经平面镜反射过来的标尺上n 2处的刻线.由图9-2可以看出图9-1 用光杠杆测量弹性模量装置图tan L b α∆=02tan 2n n on α=因为02n n 是在望远镜中观察到的标尺上刻线的变化，即02n n n =∆，设0on D =，由于α角很小，因此tan L b αα∆≈=2tan 2n Dαα∆≈=消去α得2bL n D∆=∆ (9-2) 从图9-2可以看出，o 相当于杠杆的支点，b+D 相当于杠杆本身，只是D 由光线所代替，所以称为光杠杆。
大学物理设计实验-测量金属丝直径
吉林大学珠海学院课程设计报告设计题目测量金属丝的直径学生姓名学号********学生姓名学号********所属院系电子信息系专业电子信息科学与技术班级电子一班指导教师王天会设计地点实验楼4372016年12月12日一、 实验目的1、 学习读数显微镜的使用方法2、 观察劈尖干涉现象及其特点3、 用劈尖干涉法测量金属丝直径 二、劈尖测量金属丝直径的原理如图1-1所示，G 1、G 2为两片叠放在一起的平板玻璃，起一端的棱边相接触，另一端被一直径为D 的细丝隔开，故在G 1的下边卖女和G 2的上表面之间形成一层空气薄层，叫做空气劈尖。
图中M 为倾斜45°角放置的半透明半反射平面镜，L 为透镜，T 为显微镜。
单色光源S 发出的光经透镜L 后成为平行光，经M 反射后垂直射入劈尖（入射角i=0）。
自空气劈尖上、下两面反射的光相互干涉，从显微镜T 中可观察到明暗交替、均匀分布的干涉条纹，如图1-2所示。
图中相邻两暗纹（或明纹）的中心间距b 叫做劈尖干涉的条纹宽度。
在图1-3中，D 为细丝直径，L 为玻璃片长度，θ为两玻璃片间的夹角。
由于θ实际很小（为清晰期间被，图中θ被夸大），所以在劈尖的上表面处反射的光线都可看作垂直与劈尖表面，他们在劈尖表面处。
相遇并相干叠加。
由于劈尖层空气的折射率n 比比玻璃的折射率n 1小，所以光在劈尖下表面反射时因有相位跃变而产生附加光程差λ/2。
这样，由kλ, k=1,2,…（加强）Δr=2n2d+λ/2=(2k+1), λ/2, k=0,1,2,…（减弱）可得劈尖上下表面反射的两相干光的总光程差为Δ=2nd+λ/2式中d为劈尖上下表面间的距离。
劈尖反射光干涉条纹极大（明纹）的条件为2nd+λ/2=kλ,k=1,2,3,… (1-1)产生干涉条纹极小（暗纹）的条件为2nd+λ/2=（2k+1）λ/2, k=0,1,2,… (1-2)从师1-1和1-2可以看出，凡劈尖内厚度d相同的地方均满足相同的干涉条件。
激光测径技术.ppt
Байду номын сангаас用
• 结束语
利用本系统对组件进行试验，并在信号采集部分 和软件算法上采取特殊措施可知该检测方法精度可达 3µm。试验中通过对组件的弯曲、扭曲、倾斜三大变 形分类及其评价，激光束动态扫描投影原理和分层切 片扫描技术的分析，可知该方法是可行的。
应用
• 结束语
由于本系统是一个集光、机、电于一体的系统，目 前还没有达到系统联机调试阶段，为保证系统的最终测 量精度，在结构设计和安装调试方面还得解决好以下四 个问题：
应用
• 测量原理
图5的下半部分为光电管处输出的电脉冲信号波形图， 其中遮光区是由光路系统产生的：因为从八棱镜反射出去的 光束只有一部分能够经过透镜，在透镜有效接收范围外的光 束存在时间就是遮光区宽度，这个宽度值在光路系统各部件 及其相互位置关系确定好之后，就不会再发生变化。其他光 束存在时间则构成了透光区宽度，这也是本测量系统的有效 测试范围，其中的四个低电平脉冲对应四排燃料帮的组合轮 廓投影。由于图5中测量的结果只是一个截面轮廓，为了得 到组件的完整轮廓形貌和整体变形，采用步进电机驱动测头 沿组件轴线做上下扫描运动，采用这种“切片”的方法最后 通过重组就会得到完整的组件轮廓。为减小空间测量误差， 在激光束出射方选用特殊的f·θ透镜，使得激光束从上向下以 一个相对恒定的速度扫描组件，其前提是八棱镜的转速相对 稳定。
,2006.03(2). [9] 马登极,朱善安,王长军,线阵CCD在高精度测径系统中的应用,计算机测量
与控制,2006.04(2).
报告结束 谢谢关注
[2] 杨杰,王毅,激光扫描测径技术原理,试验与研究,2003.04(2).
[3] E.Liangpanich, N.Akiyama, M.Yoshida and K.Kuwabara, Department of
用光学扫描法测量金属杆
属杆直径
作者：朱长江
演讲：高健
机械法测量：螺旋测微器，游标卡尺光学测量法：透镜成像法，光学扫描法
激光扫描法原理：菲涅耳直边衍射
实验目的：
用不同的方法测量金属杆的直径；
用激光扫描测量金属杆直径
要求：
几何阴影是如何确定的；
试分析光线经过金属杆表面是怎样传播的。
如何得到测量金属杆较好的实验效果？
直
边界条纹特点：几何阴影内有部分光强，几何阴影外有波动的光强分布，菲涅耳直边衍射的螺旋结构光强分布结果
试验器材：激光，光具座，导轨，透镜，硅光电池，灵敏检流计，细棒
扫描法测细棒直径
激光器
细棒
透镜
光路
透镜
硅光电池
实验步骤
一、按光路图摆好仪器。
二、用辅助棒调节共轴。
三、调节两个透镜，使出射光线平行。
四、调节狭缝大小，使射入硅光电池的光强适中，检流计的最大偏角在40左右。
五、光电检流器在中央暗处使检流器归零。
六、每隔0.1毫米记录一次光强，靠近
边界处每隔0.05记录一次光强，
七、整理数据，分析结果。
对比
两边光强分布与标准分布不相符合，原因所在是透镜的扩展光束并不均匀，中央明亮，两边偏暗。
但光强摆布是明显有的，如果把扩展光束调节的更加均匀，效果将更加明显
直边衍射测金属杆直径运用了菲涅耳直边衍射原理，结合激光的高度相干性，能够很好的测量金属杆直径
THANK YOU。
英国雷尼绍测针样本
B D
ø
A
C
A 测球直径 B 总长度 C 测杆直径 D 有效工作长度 ø M2 = 3 mm ø M3 = 4 mm ø M4 = 7 mm ø M5 = 10 mm
1.1
测针及附件
M2测针和测针加长杆速查指南*
速查指南
1.2
红宝石测球 / 不锈钢杆
长度
测球直径 10 mm 20 mm
1.0 (0.04) 1.5 (0.06) 2.0 (0.08)
长度
测球直径 50 mm 100 mm 150 mm 200 mm 300 mm
6.0 (0.24) 8.0 (0.32)
A-5003-1436
–
A-5003-1358
–
A-5003-1255
–
A-5003-1075
–
–
A-5003-3461
测针加长杆
长度 不锈钢
陶瓷
10.0 (0.41) 15.0 (0.60) 20.0 (0.79) 30.0 (1.19) 50.0 (1.97) 100.0 (3.94)
测球柱形碳化钨碳化钨20m端头半径92935wc148149515506000柱形658co银质钢银质钢碳化钨碳化钨92935wc99901515506000658co氧化铝铝合金6082t6952983al279510mmm2测针和测针加长杆速查指南长度50020100040200080300119400158500197700276900355不锈钢m50007634m50003647m50003648m50004162m50007779a50030070a50030071a50030072a50032280a50032281a50032282a50032283测针加长杆测球直径400165002060024长度30mma50034241a50034781a5003478250mma50032285a50032286a5003228775mma50034784a50034785a50034786100mma50032289a50032290a50032291红宝石测球碳纤维杆红宝石测球不锈钢杆测球直径100041500620008250103001240016500206002480032长度10mma50007806a50007802a50007807a50007803a50003604a50004154a50004155a50004156a5000415820mma50003603a50007804a50004160a50004161测球直径30012400165002060024长度30mma50034177a50031370a50034779a5003478050mma50030064a50030065a50030066a50030470红宝石测球陶瓷杆测球直径030012050020700310004150062000825010300124001650020长度10mma50007800a50007805a50007801a5003132520mma50031345a50030577见图a50030034a50033822a50031896a50030938a50031029a5003004630mma50008663a50030035a50030036a50030038a50030040a50030043a5003004740mma50030037a50030039a50030041a50030
光杠杆法测钢丝弹性模量
研究性实验报告光杠杆法测钢丝弹性模量二零一一年十一月目录一、摘要 (3)二、实验原理 (3)三、实验仪器 (5)四、实验步骤 (5)五、数据记录与处理 (6)六、实验讨论 (8)七、总结 (12)一、摘要物体在外力的作用下，或多或少都要发生形变。
当形变不超过某个限度时，外力撤销后形变会随之消失，这种形变称为“弹性形变”。
发生弹性形变时，物体内部会产生恢复原状的内应力。
弹性模量就是描述材料变形与应力关系的重要特征量。
是工程技术中常用的一个参数。
在实验室施加的外力使材料产生的变形相当微小，难以用肉眼观察，同时过大的载荷又会使得材料发生塑形变形，所以要通过将微小变形放大的方法来测量。
本实验通过光杠杆将外力产生的微小位移放大，从而测量出杨氏弹性模量，具有较高的可操作性。
二、实验原理一条各向同性的金属丝，原长为L ，截面积为S ，在外力F 作用下，伸长为△L 。
忽略金属棒本身重力，则棒中任一截面上，内部恢复力必与外力相等。
在弹性限度内，定义：应变L L∆=ε 应力SF =σ 弹性模量E 与外力F 、物体长度L 以及截面积的大小S 均无关，只取决定于棒的材料性质，是表征材料力学性能的一个物理量。
若金属棒为圆柱形，直径为D ，在金属棒下悬一重物产生拉力F 。
则：LD FLE ∆=24π 根据上式，测出等号右边各项，就可算出金属弹性模量，式中的F 、L 、D 可用一般方法测得。
测量难点是，在线弹性限度内，F=mg 不可能很大，相应的不可能很大，只能用采用光杠杆法进行。
一个直立的平面镜装在倾角二次架上，与标尺、望远镜和二次反射镜组成光杆杆测量系统。
如图所示：实验时，将光杠杆两个前足尖放在弹性模量测定仪的固定平台上，后足尖放在待测金属丝的测量端面上。
当金属丝受力后，产生微小伸长，后足尖便随着测量端面一起作微小移动，并使得光杠杆绕前足尖转动一个微小角度，从而带动光杠杆反射镜转动相应的微小角度，这样标尺的像在光杠杆反射镜和二次反射镜之间反射，便把这一微小角位移放大成较大的线位移。
光杠杆法测钢丝弹性模量
研究性实验报告光杠杆法测钢丝弹性模量二零一一年十一月目录一、摘要 (3)二、实验原理 (3)三、实验仪器 (5)四、实验步骤 (5)五、数据记录与处理 (6)六、实验讨论 (9)七、总结 (12)一、摘要物体在外力的作用下，或多或少都要发生形变。
当形变不超过某个限度时，外力撤销后形变会随之消失，这种形变称为“弹性形变”。
发生弹性形变时，物体内部会产生恢复原状的内应力。
弹性模量就是描述材料变形与应力关系的重要特征量。
是工程技术中常用的一个参数。
在实验室施加的外力使材料产生的变形相当微小，难以用肉眼观察，同时过大的载荷又会使得材料发生塑形变形，所以要通过将微小变形放大的方法来测量。
本实验通过光杠杆将外力产生的微小位移放大，从而测量出杨氏弹性模量，具有较高的可操作性。
二、实验原理一条各向同性的金属丝，原长为L ，截面积为S ，在外力F 作用下，伸长为△L 。
忽略金属棒本身重力，则棒中任一截面上，内部恢复力必与外力相等。
在弹性限度内，定义：应变L L∆=ε 应力SF =σ 弹性模量E 与外力F 、物体长度L 以及截面积的大小S 均无关，只取决定于棒的材料性质，是表征材料力学性能的一个物理量。
若金属棒为圆柱形，直径为D ，在金属棒下悬一重物产生拉力F 。
则：LD FLE ∆=24π根据上式，测出等号右边各项，就可算出金属弹性模量，式中的F 、L 、D 可用一般方法测得。
测量难点是，在线弹性限度内，F=mg 不可能很大，相应的不可能很大，只能用采用光杠杆法进行。
一个直立的平面镜装在倾角二次架上，与标尺、望远镜和二次反射镜组成光杆杆测量系统。
如图所示：实验时，将光杠杆两个前足尖放在弹性模量测定仪的固定平台上，后足尖放在待测金属丝的测量端面上。
当金属丝受力后，产生微小伸长，后足尖便随着测量端面一起作微小移动，并使得光杠杆绕前足尖转动一个微小角度，从而带动光杠杆反射镜转动相应的微小角度，这样标尺的像在光杠杆反射镜和二次反射镜之间反射，便把这一微小角位移放大成较大的线位移。
用激光衍射光杠杆放大法测定金属丝的杨氏模量
用激光衍射光杠杆放大法测定金属丝的杨氏模量一、 前言杨氏模量是工程材料重要参数，它反映了材料弹性形变与内应力的关系，它只与材料性质有关，是选择工程材料的重要依据之一。
设长为L ，截面积为S 的均匀金属丝，在两端以外力F 相拉后，伸长ΔL 。
实验表明，在弹性范围内，单位面积上的垂直作用力F/S （正应力）与金属丝的相对伸长ΔL/L(线应变)成正比，其比例系数就称为杨氏模量，用Y 表示，即Y=（F/S ）/(ΔL/L)=(FL)/(S ΔL)对于直径为d 的金属丝s=πd 2/4，所以Y=这里的F 、L 和S 都易于测量，ΔL 属微小变量，我们将用光杠杆放大法测量。
放大法是一种应用十分广泛的测量技术。
我们将在本课程中接触到机械放大、光放大、电子放大等测量术。
如螺旋测微计是通过机械放大而提高测量精度的，示波器是通过将电子信号放大后进行观测的。
本实验采用的光杠杆法是属光放大技术。
光杠杆放大原理被广泛地用于许多高灵敏度仪表中，如光电反射式检流计、冲击电流计等。
放大法的核心是将微小变化量输入一“放大器”，经放大后再作精确测量。
设微小变化量用ΔL 表示，放大后的测量值为N ，我们称A=N/ΔL 为放大器的放大倍数。
原则上A 越大，越有利于测量，但往往会引起信号失真。
研究保真技术已成为测量技术的一个专门领域。
二、 实验目的：1、 学会测量杨氏弹性模量的一种方法2、 掌握激光衍射放大法测量微小长度的原理3、 学会用逐差法处理数据 三、 实验原理本实验的整套装置由“数显气动加力杨氏模量拉伸仪”和“激光衍射光放大微小长度变化测定仪”组成。
数显气动加力杨氏模量测定仪如图1所示，金属丝上下两端用钻头夹具夹紧，上端固定于双立柱的横梁上，下端钻头卡的连接拉杆穿过固定平台中间的套孔与拉力传感器相连。
气动加力装置施力图2(a)为激光衍射光放大测定仪的结构示意图。
图中激光束经单丝衍射镜1变成平行于 标尺刻度线的窄细条纹，投射到一个所 谓光杠杆的反射镜2上，再经一级调节反射镜3和二级调节反射镜4反射后，投射到标尺5上，最后由测量望远镜6 进行观测。
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5. 固定金属杆的位置，将灵敏检流计的零点调节到左边60格处，粗调光电池的位置，找
出光强最大的位置，调节光电池的狭缝宽，使得最大偏格数不要超过右边50格； 6. 每隔0.1mm记录一次光强，接近边缘时每隔0.05毫米记录一次光强，记录实验数据； 7. 整理实验数据，利用电脑准确画出光强分布图； 8. 分析图像，得出结论，计算出金属杆直径。
O点相当于几何影子的边缘，在影内（O
点左边）离影子边缘不远处，光强实际上已等 于零。在几何影子以外（O点右边），明暗条 纹也仅限于影子边缘很近的范围。
东北师范大学物理学院
实验步骤
1. 用螺旋测微器测量金属杆直径，测量三次，记录实验数据；
2. 根据光路图摆好实验仪器；
3. 利用辅助棒调节仪器的等高同轴； 4. 调节透镜L1和L2的位置，使出射的光为平行光；
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实验步骤
实验过程
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实验结果
螺旋测微器测得：
菲涅尔直边衍射法测得：
金属杆直径为9.492mm
金属杆直径为9.45mm
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实验结果
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实验探究
与标准光强分布图对比可以看出，左右 两边光强分布与标准分布不相符合，但是整
体变化趋势是相符的。这是因为透镜的扩展
用光学扫描法测量金属杆直径
主讲人：陈艳 成 员：秦沛 张传奇 秦琦
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by：秦沛
实验目的 实验原理 实验步骤 实验结果 实验探究
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实验目的
用不同的方法测量金属杆的直径
用激光扫描法测量金属杆的直径
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实验原理
菲涅尔直边衍射：
几何影子边缘附近光强分布曲线如图所示：
谢谢观看
请老师批评指正！
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光束并不均匀，中央较亮，两边偏暗。如果
把扩展光束调节的更加均匀，效果会更加明
显。
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实验探究
获取平行光的方法： 在激光光源前一次放一个小焦距凸透镜和 一个大焦距凸透镜，调节好位置后，用一白屏
接收光斑，改变白屏位置，光斑不变，即为平
行光束。图示为调节平行光的过程。
东北师范大学物理学院