专利名称:碳纤维丝截面积及杨氏模量测定仪的利记博彩app
本发明涉及一种用于测定碳纤维单丝横截面积及轴向杨氏模量的测量装置。它利用纤维的弦振动共振原理测横截面积、纤维的轴向纵振动测轴向杨氏模量，采用非接触形式接收信号，以此判断被测碳纤维单丝的共振状况。
目前测量碳纤维单丝的横截面积比较准确的方法是采用弦振动共振法，上海碳素中心试验室在1978年4月曾报导题为“碳纤维单丝强度测试方法”一文介绍了这种测量方法，文中所设计的测量装置分为振动激发系统、样品夹持系统、信号接收系统、信号放大系统四部分。被测碳纤维丝由样品夹持系统的上夹头固定，下端系以质量为m的重物，接收探头直接与纤维丝相接触以接收振动信号，由音频信号发生器等组成的振动激发系统所发出的音频信号经激发电极加至碳纤维单丝，使碳纤维丝起振，振动信号由接触式探头接收、经信号放大系统放大并由示波器显示出来。调节音频信号发生器的频率，激发纤维丝作基频共振，并测定其基频共振频率ν0，则由ν0、碳纤维丝的密度ρ和长度L，便可根据公式求出其截面积为
A= (mg)/(4ρL2v02) ;轴向杨氏模量为E= (4π2Lmv02)/(A) 、由于在接收振动信号时，采用接触式，即接收探头直接与振动着的纤维单丝相接触，这样做使碳纤维丝的振动受到探头的严重干扰，使波形畸变，增加振动系统的能量损耗，从而带来了新的误差。
本发明的任务是要提供一种新的检测装置，它不必与振动着的碳纤维丝直接接触就能接收纤维丝的振动信号，准确地判断它的共振状态，从而准确测出碳纤维丝的横截面积和轴向杨氏模量。
本发明的任务是通过以下方式来完成的首先把接触式探头接收改为电容传感接收方式。横振动激发电极与碳纤维丝间(或纵振动激发电极与碳纤丝下夹头间)所形成的电容作为传感电容，这电容与接在碳纤维夹头上的输出电阻组成电桥的一臂;而接到激发电极前端的电容和电阻组成电桥的另一臂，这两臂组成一个电桥平衡系统。电桥的输出端再接上一个高输入阻抗差分运算放大器。当碳纤维受激发作受迫振动时，激发电极与碳纤维丝之间或激发电极与下夹头之间所形成的电容器的电容量不断发生变化，其变化量与纤维丝振动的振幅成正比，这样因这个电容量的变化而在输出负载电阻上迭加上一个与电容量变化成正比的交流讯号，由于这个交流电桥平衡系统的存在，使负载电阻上的固有背景交流讯号与因电容量变化而迭加上去的交流讯号分开，这个迭加上去的反映碳纤维丝振动情况的交流讯号再经高输入阻抗差分放大器放大后由显示器显示出来，这样从显示器显示出来的电讯号的大小，就可相应判断出纤维丝的振幅大小，由此准确地判断出纤维丝是否已共振。
以下将结合附图对发明作进一步的详细描述。
图1是振动激发系统、信号接收系统、交流电桥平衡系统的示意图。
图2是高输入阻抗差分运算放大器线路图。
图3是真空系统示意图。
参照图1，由直流高压发生器(1)、音频讯号发生器(2)、保护电容器(4)、横振动激发电极(5)和纵振动激发电极(6)组成一个振动激发系统。(1)提供直流偏压;(2)提供交流激发电压;其频率由数字频率计(3)测定，测频精度为0.1HZ;(4)的电容量可用0.1μf、耐压为500伏，它在本装置中起保护作用，当(5)和纤维丝(12)不慎相碰时，它能防止直流高压直接窜入放大器。
在直流偏压和交流激发电压作用下，(5)激发(2)作弦的横振动以测定纤维丝的横截面积;(6)激发(12)作纵振动以测定纤维丝的轴向杨氏模量。这两个量的测量顺序通过旋动开关S1进行。
计算证明，当直流偏压V0＞＞交流激发电压幅值Vf时，纤维丝所受的激发力为
F＝2KV0VfCOSωt
所以，V0和Vf越大激发力越大，纤维丝振动就越强烈。
另外本装置利用(5)与(12)之间或(6)与下夹头(13)之间的传感电容在纤维丝振动过程中电容量的变化来检测纤维丝振动状态〔(5)与(12)之间电容为(14)〕，用传感电容接收方式代替了接触式探头接收。本发明巧妙地把激发电极与接收传感装置合二而一，用一个装置同时起着激发与接收双重作用，使仪器结构大为简化。
由于传感电容器(14)的存在，由(2)而来的交流讯号将通过这个电容并经过纤维丝和输出负载电阻(8)，并在(8)上产生一个固有的背景交流讯号。当(12)振动时，这个电容的电容量将随时间作余弦变化，电容的变化量与纤维丝振幅成正比，这样因这个电容量的变化而在(8)上迭加上一个与电容量变化(其变化量与振幅成正比)成正比的交流讯号。如果我们能用某种手段将(8)的固有背景交流讯号与因电容量变化而迭加的交流讯号分开，并将这个迭加信号检测出来，则纤维的振动和它振幅的大小经过放大之后就可用交流毫伏计或示波器显示出来。
为了从(8)上将所迭加的有用信号检测出来，本发明设计了一组交流电桥平衡系统。电桥一臂由电阻(8)和电容(14)组成;另一臂由电容(10)或(11)与电阻(9)组成，(8)与(9)的阻值相等，可取220K。
测试之前先使直流偏压V0＝0，然后调节(10)或(11)使电桥输出两点A、B之间的电势差为零，这个操作叫平衡调节。桥路平衡以后，A和B之间的固定背景交流讯号即被抵消。这里(10)为测纤维横振动时的平衡电容，(11)为测纵振动时的平衡电容。桥路平衡之后，然后慢慢加上直流偏压，偏压加上之后，桥路平衡会受到轻微破坏，这时需再次调节(10)或(11)使桥路重新平衡，此时测试即可正式开始。
参照图2，为了抑制平衡桥路中的固有背景交流讯号，要求使用差动放大器，由于纤维振动产生的有用讯号仅约为背景讯号的2%，故要求差分放大器有尽可能高的共模抑制比(CMRR)，本装置的CMRR大于80db。三个运算放大器(21)、(22)、(29)可选用FOO7B集成电路，集成电路(21)、(22)要严格挑选使其特性尽可能相同，这样可提高共模抑制比和降低噪声。另外电容(20)可取5μ，电阻(23)、(25)可各取110K，电阻(24)可取1K，电阻(26)、(27)、(28)、(30)可各取5K。放大器的输出端可接交流毫伏表或示波器进行观察，当共振时，毫伏表指示最大值。另外纤维丝、激发系统、接收系统、平衡系统和放大系统均需电屏蔽接地。
由于碳纤维单丝的外比表面积太大，纤维丝振动时，空气阻尼大，使共振峰太宽，一方面共振频率不易判断，另一方面导致共振频率偏低，使测得的横截面积偏高，因此有必要对振动部分加上一个真空系统，以提高测量精度。真空系统示意图参照图3，在图3中，(31)为一般的真空玻璃钟罩，(32)为真空底座，(33)为抽气口，系统的真空度在10-2托以上。
本发明由于采用非接触式接收和放大，加上真空系统可以最大限度消除空气阻尼及其它干扰和损耗，使共振峰大大变窄，测试灵敏度大为提高，充分发挥了共振法高精度的优点，并且由于提高了测试灵敏度，就有可能尽量降低其直流偏压及交流激发电压(本装置的直流偏压在80伏以下，交流激发电压在10伏以下)以消除非线性振动的影响，使纤维丝横截面积及轴向杨氏模量的测量精度得到进一步提高。
权利要求
1、一种碳纤维单丝横截面积及轴向杨氏模量的测量装置，它由振动激发系统。样品夹持系统、信号接收系统、信号放大系统和真空系统所组成，其特征是
a、振动信号接收采用电容传感式接收装置；
b、采用一组交流电桥平衡系统；
c、被测碳纤维单丝置于一真空系统中。
2、如权利要求
1所述的测量装置，其特征是电容传感式接收装置由横振动激发电极(5)与碳纤维丝(12)或纵振动激发电极(6)与下夹头(13)之间所构成的电容组成，激发电极与电容传感式接收装置合二为一。
3、如权利要求
1或2所述的测量装置，其特征是交流电桥平衡系统的一臂由电容(14)和电阻(8)组成，另一臂由电容(10)或(11)与电阻(9)组成，电阻(8)与(9)的阻值相等，可取220K。
专利摘要
碳纤维丝截面积及杨氏模量测定仪。本发明涉及一种用于测定碳纤维单丝横截面积及轴向杨氏模量的测量装置。它利用弦振动共振原理，采用非接触式接收振动信号并进行放大，振动部分置于真空系统中，因此可最大限度消除空气阻尼、非线性振动及其它干扰和损耗，因而测量精度高，是测定碳纤维单丝重要力学参数的有用工具。
文档编号G01H11/06GK85102277SQ85102277
公开日1986年10月8日 申请日期1985年4月1日
发明者简念保, 章明秋, 曾汉民 申请人:中山大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan