本發明屬于無損檢測領域，尤其涉及一種基于光學檢測技術測量線性材料剪切模量的裝置及方法。

背景技術：

1、光學檢測是一種重要的無損檢測技術，通過檢測光的反射或透射、干涉、衍射等信息，可以評估材料的性能變化和缺陷等。隨著光學檢測技術的快速發展，光學檢測、激光成像、奇異光的微操控等技術已經在通信、醫療、材料分析檢測等方面展現出獨特優異的特點。但也存在一些問題，例如：表面不規則性問題，變形均勻性問題，動態測量穩定性問題。剪切模量是描述固體材料抵抗剪切變形能力的重要物理量，是選定機械構件的依據之一。

2、剪切模量的測量對研究材料的力學性能、所處狀態和壽命有著重要的意義。剪切模量測量的關鍵技術是材料在受到應力時產生微小應變的測量。如何測量剪切模量是亟需解決的問題。

技術實現思路

1、本發明目的在于提供一種基于光學檢測技術測量線性材料剪切模量的裝置及方法,該測量剪切模量的裝置具有結構易于操作與觀察，現象穩定且結果較為準確等優點，以解決現有光學檢測技術的不足的技術問題。

2、為解決上述技術問題，本發明的具體技術方案如下：

3、一種基于光學檢測技術測量線性材料剪切模量的裝置，包括光干涉儀、拉力計和顯示屏；光干涉儀包括底板、高聚合尼龍、軌道裝置、左端固定夾、可移動反光鏡、激光筆，分光分束器，固定反光鏡，觀察屏和右端固定架；

4、底板上從左到右依次安裝拉力計、左端固定夾、右端固定架、分光分束器、固定反光鏡、激光筆和觀察屏；

5、顯示屏通過導線連接拉力計；

6、高聚合尼龍固定在左端固定夾上；

7、高聚合尼龍的一端連接在拉力計上，拉力計用于測量施加在高聚合尼龍上的力；

8、軌道裝置包括無牙螺母、無牙螺桿和可移動器；無牙螺桿通過旋轉或移動方式與無牙螺母相互連接，無牙螺桿固定在右端固定架上，可移動器在無牙螺桿上移動，無牙螺母安裝在可移動器內部，可移動反光鏡安裝在可移動器上方；

9、高聚合尼龍的另一端與可移動反光鏡連接，用于測量高聚合尼龍的剪切模量。

10、進一步的，光干涉儀還包括粗調手輪，微調手輪；

11、微調手輪固定在底板上，與無牙螺桿連接控制可移動反光鏡，用于當可移動反光鏡的移動距離小于等于預設移動距離時，在水平方向上移動可移動反光鏡；粗調手輪固定在底板上，在觀察屏的左端，與無牙螺桿連接控制可移動反光鏡，用于可移動反光鏡的移動距離大于預設移動距離時，在水平方向上移動可移動反光鏡。

12、進一步的，固定夾、可移動反光鏡、分光分束器和觀察屏設置在同一直線上。

13、本發明還公開了一種基于光學檢測技術測量線性材料剪切模量的操作方法，包括以下的步驟：

14、在進行剪切模量測量實驗時，通過觀察屏實時監測材料的變形情況；粗調手輪和分光分束器對激光筆發射的光線進行分光分束操作；固定反光鏡反射光線，微調手輪對光路進行精細調整；可移動反射鏡與軌道裝置配合，二者相對運動實現位置的移動，進而改變光路；高聚合尼龍用于施加和測量拉力；顯示屏記錄施加力和材料變形的數據；最終，根據力值與變形情況的關系，結合公式計算剪切模量。

15、進一步的，高聚合尼龍的剪切模量的計算公式為：

16、

17、其中，l為高聚合尼龍的原長，ν為泊松比，λ為光源波長，d為高聚合尼龍的直徑，δk為不同拉力下環紋變化的級數，δf為拉力的變化量。

18、本發明的一種基于光學檢測技術測量線性材料剪切模量的裝置及方法，具有以下優點：

19、1、高精度力測量與均勻施力

20、通過拉力計和軌道裝置的結合，實驗能夠精確監測施加在材料上的力并確保均勻施力，避免了力的不均勻分布，保證了實驗結果的準確性和可靠性。

21、2、光學與力學的完美結合

22、采用光學干涉技術結合精確施力系統，能夠不接觸樣本地精確測量材料的變形情況，減少傳統方法中的誤差和樣本損傷，提升了測量精度。

23、3、非接觸式測量

24、光學干涉技術避免了對樣本的直接接觸，減少了摩擦力和誤差，提高了測量精度并保護了樣本。

25、4、實時數據反饋與精確控制

26、通過觀察屏和顯示屏的實時數據反饋，操作者能夠隨時監控變形情況和施加的力，確保實驗條件精確控制，及時調整實驗參數，避免實驗誤差。

技術特征：

1.一種基于光學檢測技術測量線性材料剪切模量的裝置，其特征在于，包括光干涉儀、拉力計(10)和顯示屏(12)；光干涉儀包括底板(11)、高聚合尼龍(9)、軌道裝置(13)、左端固定夾(8)、可移動反光鏡(7)、激光筆(4)，分光分束器(3)，固定反光鏡(5)，觀察屏(1)和右端固定架(14)；

2.根據權利要求1所述的基于光學檢測技術測量線性材料剪切模量的裝置，其特征在于，光干涉儀還包括粗調手輪(2)，微調手輪(6)；

3.根據權利要求1所述的基于光學檢測技術測量線性材料剪切模量的裝置，其特征在于，固定夾(8)、可移動反光鏡(7)、分光分束器(3)和觀察屏(1)設置在同一直線上。

4.一種基于光學檢測技術測量線性材料剪切模量的操作方法，用于權利要求1-3所述的一種基于光學檢測技術測量線性材料剪切模量的裝置，其特征在于，包括以下的步驟：

5.根據權利要求4所述的基于光學檢測技術測量線性材料剪切模量的操作方法，其特征在于，高聚合尼龍(9)的剪切模量的計算公式為：

技術總結
本發明公開了一種基于光學檢測技術測量線性材料剪切模量的裝置及方法，包括光干涉儀、拉力計和顯示屏；光干涉儀包括底板、高聚合尼龍、軌道裝置、左端固定夾、可移動反光鏡、激光筆，分光分束器，固定反光鏡，觀察屏和右端固定架；顯示屏通過導線連接拉力計；高聚合尼龍固定在左端固定夾上；高聚合尼龍的一端連接在拉力計上，拉力計用于測量施加在高聚合尼龍上的力；軌道裝置包括無牙螺母、無牙螺桿和可移動器；無牙螺桿通過旋轉或移動方式與無牙螺母相互連接，無牙螺桿固定在右端固定架上，可移動器在無牙螺桿上移動，無牙螺母安裝在可移動器內部，可移動反光鏡安裝在可移動器上方。高聚合尼龍的另一端與可移動反光鏡連接。

技術研發人員：李子馨,邢超然,梅益仙,張靜怡,黃湘怡,閆祖豪,卜靜怡,萬雷,蔣旭,陳杰
受保護的技術使用者：東南大學成賢學院
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28