一種非接觸式小角度測量裝置及其測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及內(nèi)耗角度測量領(lǐng)域，特別是涉及一種非接觸式小角度測量裝置及其測 量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 內(nèi)耗是研究固體缺陷與力學(xué)性質(zhì)的一種重要的實(shí)驗(yàn)手段，它能夠很靈敏地反映固 體中的點(diǎn)缺陷、位錯、界面等存在及其運(yùn)動變化和相互作用情況，從而能夠獲得材料中各種 微觀過程的定性和定量信息。內(nèi)耗測量過程是使得振動著的固體即使與外界完全隔絕，材 料機(jī)械振動也因?yàn)閮?nèi)部的原因引起的能量消耗而逐漸衰減下來，因而內(nèi)耗法是研究金屬內(nèi) 部的結(jié)構(gòu)一種很有效的方法。實(shí)際測量時常通過自由衰減振動時的振幅對數(shù)減縮量來確定 內(nèi)耗。
[0003]
[0004] 式中An為第η次振動的振幅;A n+1為第n+1次振動的振幅。因此測量自由衰減振 動時的振幅是測量結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)中測量自由衰減振動時的振幅常用的方法是采用光電轉(zhuǎn)換的方法，其測 量裝置見說明書附圖圖4所示，測量裝置中光源采用鹵素?zé)?2、光學(xué)鏡頭機(jī)構(gòu)13,反射鏡14 安裝在扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，測量裝置還設(shè)有光電接收機(jī)構(gòu)15。由于光程結(jié)構(gòu)需要，整套系統(tǒng)龐大， 調(diào)節(jié)復(fù)雜，儀器難以操作掌握。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種非接觸式小角度測量裝置及其測量方法， 能夠通過電容傳感器的原理配合機(jī)構(gòu)完成自由衰減振動振幅的衰減，并通過計(jì)算公式計(jì)算 出扭轉(zhuǎn)的角度；結(jié)構(gòu)簡單，使用容易，實(shí)施方便。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個技術(shù)方案是：提供一種非接觸式小角度 測量裝置，包括：平衡塊、支撐桿、豎桿、橫桿、電容動極板、電容接收板、固定塊、線圈和磁 鋼；所述平衡塊和豎桿通過懸絲懸掛在所述支撐桿的兩邊；所述橫桿的中心固定在所述豎 桿上，且橫桿與豎桿垂直設(shè)置；所述固定塊上固定有試樣，試樣與所述豎桿連接；所述磁鋼 固定在所述豎桿上；所述線圈設(shè)置在所述磁鋼的外圍；所述電容動極板設(shè)置在所述橫桿的 兩端；所述電容接收板設(shè)置在電容動極板的正下方，電容接收板上連接有導(dǎo)線并通過導(dǎo)線 引出；所述固定塊、試樣、豎桿和橫桿均為導(dǎo)電體，固定塊的兩端連接有導(dǎo)線并通過導(dǎo)線引 出。
[0008] 優(yōu)選的是，所述電容動極板呈扇形；所述電容接收板呈扇環(huán)，且與所述電容動極板 同圓心設(shè)置。
[0009] 優(yōu)選的是，所述磁鋼設(shè)置在所述橫桿下方的豎桿上。
[0010] -種非接觸式小角度測量方法：調(diào)整平衡塊抵消豎桿和橫桿的重量，使得試樣與 豎桿和固定塊之間在垂直方向上不受力；將線圈通電產(chǎn)生磁場，通過磁場對磁鋼施加一定 的力，從而帶動豎桿以及設(shè)置在豎桿上的橫桿和試樣做一定角度的扭轉(zhuǎn)后斷電釋放，釋放 后橫桿帶動豎桿和試樣做自由衰減扭轉(zhuǎn)運(yùn)動；橫桿扭轉(zhuǎn)時，電容動極板與電容接收板能夠 產(chǎn)生電容量的變化，通過電容量的變化可以來檢查扭轉(zhuǎn)的角度；電容的變化量可通過導(dǎo)線 測出；通過下列兩個公式可計(jì)算出扭轉(zhuǎn)的角度：
[0011] C= ε . s/d
[0012] S = [ π (R2T2) θ ] /360
[0013] 式中，C為電容的容量，ε為電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，S為電容極板相對面積， d為電容極板間的距離，Θ為扭轉(zhuǎn)的角度，R為電容動極板的半徑，!"為電容接收板的半徑。
[0014] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明能夠通過電容傳感器的原理配合機(jī)構(gòu)完成自由衰減 振動振幅的衰減，并通過計(jì)算公式計(jì)算出扭轉(zhuǎn)的角度。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明一種非接觸式小角度測量裝置及其測量方法的剖面示意圖；
[0016] 圖2是一種非接觸式小角度測量裝置及其測量方法的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖3是一種非接觸式小角度測量裝置及其測量方法的電容接收板平面結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0018] 圖4是現(xiàn)有技術(shù)中采用光電轉(zhuǎn)換的扭轉(zhuǎn)角度檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 附圖中各部件的標(biāo)記如下：1、平衡塊；2、支撐桿；3、豎桿；4、橫桿；5、電容動極板； 6、電容接收板；7、磁鋼；8、線圈；9、試樣；10、固定塊；11、導(dǎo)線；12、鹵素?zé)簦?3、光學(xué)鏡頭機(jī) 構(gòu)；14、反射鏡；15、光電接收機(jī)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能 更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。
[0021] 請參閱圖1至圖4,本發(fā)明實(shí)施例包括：
[0022] -種非接觸式小角度測量裝置及其測量方法，包括：平衡塊1、支撐桿2、豎桿3、橫 桿4、電容動極板5、電容接收板6、固定塊10、線圈8和磁鋼7 ;所述平衡塊1和豎桿3通過 懸絲懸掛在所述支撐桿2的兩邊；所述橫桿4的中心固定在所述豎桿3上，且橫桿4與豎桿 3垂直設(shè)置；所述固定塊10上固定有試樣9,試樣9與所述豎桿3連接；平衡塊1能夠抵消 豎桿3和連接在豎桿3上的橫桿4的重量，使得試樣9在垂直方向上不受力；支撐桿2可以 承受平衡塊1、豎桿3和橫桿4的平衡力，且能夠改變懸絲的走向，通過改變懸絲的走向便 于調(diào)節(jié)平衡塊1、豎桿3和橫桿4之間的平衡。所述磁鋼7固定在所述橫桿4下方的豎桿3 上，磁鋼7能夠在線圈8通電產(chǎn)生的磁場力作用下帶動豎桿3以及設(shè)置在豎桿3上的橫桿 4和試樣9動作；所述線圈8設(shè)置在所述磁鋼7的外圍；通電后線圈8可產(chǎn)生磁場，通過磁 場對磁鋼7施加一定的力，從而帶動豎桿3以及設(shè)置在豎桿3上的橫桿4和試樣9做一定 角度的扭轉(zhuǎn)后斷電釋放，釋放后橫桿4則帶動豎桿3和試樣9做自由衰減扭轉(zhuǎn)運(yùn)動。所述 電容動極板5設(shè)置在所述橫桿4的兩端；所述電容接收板6設(shè)置在所述電容動極板5的正 下方，電容接收板6上連接有導(dǎo)線11并通過導(dǎo)線11引出；所述固定塊10、試樣9、豎桿3和 橫桿4均為導(dǎo)電體，固定塊10的兩端連接有導(dǎo)線11并通過導(dǎo)線11引出，導(dǎo)線11可通過固 定塊10、試樣9、豎桿3、橫桿4與電容動極板5連接，可便于電容動極板5的動作，避免了直 接接在電容動極板5上時，因電容動極板5動作而引起的問題；導(dǎo)線11可便于測出電容的 變化量；橫桿4扭轉(zhuǎn)時，電容動極板5與電容接收板6能夠產(chǎn)生電容量的變化，通過電容量 的變化可以來檢查扭轉(zhuǎn)的角度。所述電容動極板5呈扇形；所述電容接收板6呈扇環(huán)，且與 電容動極板5同圓心，能夠保證測試的精度且便于計(jì)算。
[0023] 通過下列兩個公式可計(jì)算出扭轉(zhuǎn)的角度：
[0024] C= ε . S/d
[0025] S = [ π (R2T2) θ ] /360
[0026] 式中，C為電容的容量，ε為電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，S為電容極板相對面積， d為電容極板間的距離，Θ為扭轉(zhuǎn)的角度，R為電容動極板的半徑，!"為電容接收板的半徑。 根據(jù)電容之間正對的面積與扭轉(zhuǎn)的角度Θ成正比，由此可知電容量與電容之間的正對面 積成正比，所以從結(jié)構(gòu)上保證扭轉(zhuǎn)角與電容成正比關(guān)系即可。
[0027] 以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā) 明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技 術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種非接觸式小角度測量裝置，其特征在于，包括：平衡塊、支撐桿、豎桿、橫桿、電 容動極板、電容接收板、固定塊、線圈和磁鋼；所述平衡塊和豎桿通過懸絲懸掛在所述支撐 桿的兩邊；所述橫桿的中心固定在所述豎桿上，且橫桿與豎桿垂直設(shè)置；所述固定塊上固 定有試樣，試樣與所述豎桿連接；所述磁鋼固定在所述豎桿上；所述線圈設(shè)置在所述磁鋼 的外圍；所述電容動極板設(shè)置在所述橫桿的兩端；所述電容接收板設(shè)置在電容動極板的正 下方，電容接收板上連接有導(dǎo)線并通過導(dǎo)線引出；所述固定塊、試樣、豎桿和橫桿均為導(dǎo)電 體，固定塊的兩端連接有導(dǎo)線并通過導(dǎo)線引出。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非接觸式小角度測量裝置，其特征在于：所述電容動極 板呈扇形；所述電容接收板呈扇環(huán)，且與所述電容動極板同圓心設(shè)置。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非接觸式小角度測量裝置，其特征在于：所述磁鋼設(shè)置 在所述橫桿下方的豎桿上。4. 采用以上測量裝置的一種非接觸式小角度測量方法，其特征在于：調(diào)整平衡塊抵消 豎桿和橫桿的重量，使得試樣與豎桿和固定塊之間在垂直方向上不受力；將線圈通電產(chǎn)生 磁場，通過磁場對磁鋼施加一定的力，從而帶動豎桿以及設(shè)置在豎桿上的橫桿和試樣做一 定角度的扭轉(zhuǎn)后斷電釋放，釋放后橫桿帶動豎桿和試樣做自由衰減扭轉(zhuǎn)運(yùn)動；橫桿扭轉(zhuǎn)時， 電容動極板與電容接收板能夠產(chǎn)生電容量的變化，通過電容量的變化可以來檢查扭轉(zhuǎn)的角 度；電容的變化量可通過導(dǎo)線測出；通過下列兩個公式可計(jì)算出扭轉(zhuǎn)的角度：式中，C為電容的容量，e為電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，S為電容極板相對面積，d為 電容極板間的距離，Q為扭轉(zhuǎn)的角度，R為電容動極板的半徑，r為電容接收板的半徑。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種非接觸式小角度測量裝置及其測量方法，包括：平衡塊、支撐桿、豎桿、橫桿、電容動極板、電容接收板、固定塊、線圈和磁鋼；平衡塊和豎桿通過懸絲懸掛在支撐桿的兩邊；橫桿的中心固定在豎桿上，且橫桿與豎桿垂直設(shè)置；固定塊上固定有試樣，試樣與豎桿連接；磁鋼固定在豎桿上；線圈設(shè)置在磁鋼的外圍；電容動極板設(shè)置在橫桿的兩端；電容接收板設(shè)置在電容動極板的正下方，電容接收板上連接有導(dǎo)線并通過導(dǎo)線引出；固定塊、試樣、豎桿和橫桿均為導(dǎo)電體，固定塊的兩端連接有導(dǎo)線并通過導(dǎo)線引出。通過上述方式，本發(fā)明能夠通過電容傳感器的原理配合機(jī)構(gòu)完成自由衰減振動振幅的衰減，并通過計(jì)算公式計(jì)算出扭轉(zhuǎn)的角度；結(jié)構(gòu)簡單，使用容易，實(shí)施方便。
【IPC分類】G01B7/30
【公開號】CN105091735
【申請?zhí)枴緾N201510223384
【發(fā)明人】張進(jìn)峰, 李曉霞, 高小榮
【申請人】蘇州市職業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年5月5日