(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211040473.5 (22)申请日 2022.08.29 (71)申请人 济南大学 地址 250022 山东省济南市南 辛庄西路3 36 号济南大 学信息学院 (72)发明人 张莉　荣振宇　韩玉晶　陈小艺　 (74)专利代理 机构 北京中索 知识产权代理有限 公司 11640 专利代理师 邹长斌 (51)Int.Cl. G01N 3/02(2006.01) G01N 3/06(2006.01) G01N 3/08(2006.01) G01N 3/14(2006.01) G09B 23/10(2006.01) (54)发明名称 一种光杠杆法测杨氏模量的改进方法 (57)摘要 本发明公开一种光杠杆法测杨氏模量的改 进方法， 其特征在于， 包括以下步骤： 将标尺、 望 远镜、 支杆及平移台进行安装； 通过拉力装置施 加某一恒定拉力F， 使得光杠杆平面镜的法线与 水平方向夹角为α， 移动平移台， 测量标尺刻度 的改变量及相应的光杠杆平面镜到标尺距离的 改变量； 再将拉力值依次改变为Fi， 重复上述测 量。 本发明涉及测量方法领域， 具体地讲， 涉及一 种光杠杆法测杨氏模量的改进方法。 本发明要解 决的技术问题是避免传统光杠杆法中测量较大 的光杠杆平 面镜到标尺的距离， 且 可以实现相同 实验条件下的多次测量， 从而方便利用光杠杆测 量杨氏模量的操作， 并降低测量中随机误差的影 响。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 115452552 A 2022.12.09 CN 115452552 A 1.一种光杠杆法测杨氏模量的改进方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤一： 将标尺(1)、 望远镜(2)、 支杆(3)及平移台(4)进行安装， 所述平移台(4)可以带 动所述标尺(1)与所述望远镜(2)同步移动； 步骤二： 通过拉力装置对金属丝施加某一恒定拉力F， 光杠杆平面镜随金属丝的伸长同 步发生转动， 其法线与水平方向夹角为α； 步骤三： 移动所述平移台(4)到某一位置， 使所述标尺(1)某一刻度线与所述望远镜(2) 十字叉丝重合， 此时， 所述标尺(1)的刻度值与所述平移 台(4)的读数装置的示数分别作为 所述标尺(1)的刻度改变量ΔX与光杠杆平 面镜到所述标尺(1)距离的改变量ΔD的测量 “零 点”； 步骤四： 通过所述平移台(4)将所述标尺(1)向后移动， 当所述标尺(1)刻度的改变量Δ X1＝1mm时， 利用所述平移台(4)的读数装置测 得光杠杆平面镜到所述标尺(1)距离的改变 量记为ΔD1； 然后继续将所述标尺(1)向后移动， 依次记录所述标尺(1)刻度的改变量分别 为ΔX2＝2mm、 ΔX3＝3mm……时光杠杆平面镜 到所述标尺(1)距离的改变量ΔD2、 ΔD3……； 步骤五： 将该组测量值ΔX与ΔD进行线性拟合计算， 计算出在拉力为F的条件下光杠杆 平面镜的反射 光线的斜 率k， 此时金属丝的伸长量ΔL可以表示 为： 其中： b为 光杠杆两前足连线与后足的距离 。 步骤六： 将拉力值依次改变为Fi， 重复所述 步骤三到五， 分别计算出与之对应的斜 率ki； 步骤七： 再将斜率ki与相应的拉力Fi做线性拟合计算， 所得斜率dk/dF即表示反射光线 的斜率随拉力改变时的变化 率。 2.根据权利要求1所述的一种光杠杆法测杨氏模量的改进方法， 其特 征在于： 固体材料在弹性形变范围内其应力与应变的比值定义为杨氏模量,对于一条原长度为 L0、 横截面面积为S、 直径为d的金属丝， 在拉力F的作用下发生了ΔL 的微小伸长量， 则其杨 氏模量可以表示 为： 其中： 金属丝的微小伸长量ΔL采用光杠杆进行测量； 将式(1)代入式(2)， 可 得： 再将斜率ki与拉力Fi做线性拟合计算所 得斜率dk/dF代入式(3)， 可 得： 式(4)为改进的光杠杆法测杨氏模量的计算公式。 3.根据权利要求1所述的一种光杠杆法测杨氏模量的改进方法， 其特征在于： 所述拉力 装置可以采用悬挂砝码， 也可采用数字拉力计， 其施力范围是0 ‑20kg， 分辨 率为0.01kg。 4.根据权利要求1所述的一种光杠杆法测杨氏模量的改进方法， 其特征在于： 所述平移权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115452552 A 2台(4)行程 为100mm， 位移分辨 率为0.01mm。 5.根据权利要求1所述的一种光杠杆法测杨氏模量的改进方法， 其特征在于： 所述平移 台(4)带有读数装置 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115452552 A 3