[其他]碳纖維絲截面積及楊氏模量測定儀

在審

• 申請號: 101985000002277
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85102277B
• 公開（公告）日: 1988-03-30
• 發明（設計）人: 簡念保;章秋明;曾漢民
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

碳纖維絲截面積及楊氏模量測定儀。本發明涉及一種用于測定碳纖維單絲橫截面積及軸向楊氏模量的測量裝置。它利用弦振動共振原理，采用非接觸式接收振動信號并進行放大，振動部分置于真空系統中，因此可最大限度消除空氣阻尼、非線性振動及其它干擾和損耗，因而測量精度高，是測定碳纖維單絲重要力學參數的有用工具。

本發明涉及一種用于測定碳纖維單絲橫截面積及軸向楊氏模量的測量裝置。它利用纖維的弦振動共振原理測橫截面積、纖維的軸向縱振動測軸向楊氏模量，采用非接觸式接收信號，以此判斷被測碳纖維單絲的共振狀況。

目前測量碳纖維單絲的橫截面積比較準確的方法是采用弦振動共振法，上海碳素廠中心試驗室在1978年4月曾報導題為“碳纖維單絲強度測試方法”一文介紹了這種測量方法，文中所設計的測量裝置分為振動激發系統、樣品夾持系統、信號接收系統、信號放大系統四部分。被測碳纖維絲由上夾頭固定，下端系以質量為m的重物，接收探頭直接與纖維絲相接觸以接收振動信號，由音頻信號發生器等組成的振動激發系統所發出的音頻信號經激發電極加至碳纖維單絲，使碳纖維絲起振，振動信號由接觸式探頭接收、經信號放大系統放大并由示波器顯示出來。調節音頻信號發生器的頻率，激發纖維絲作基頻共振，并測定其基頻共振頻率ν₀，則由ν₀、碳纖維絲的密度ρ和長度L，便可根據公式求出其截面積為

A＝mg/4ρL2v02

由于在接收振動信號時，采用接觸式，即接收探頭直接與振動著的纖維單絲相接觸，這樣做使碳纖維絲的振動受到探頭的嚴重干擾，使波形畸變，增加振動系統的能量損耗，從而帶來了新的誤差。

本發明的任務是要提供一種新的檢測裝置，它不必與振動著的碳纖維絲直接接觸就能接收纖維絲的振動信號，準確地判斷它的共振狀態，從而準確測出碳纖維絲的橫截面積和軸向楊氏模量。

本發明的任務是通過以下方式來完成的：首先把接觸式探頭接收改為電容傳感接收方式。橫振動激發電極與碳纖維絲間（或縱振動激發電極與碳纖絲下夾頭間）所形成的電容作為傳感電容，這電容與接在碳纖維上夾頭的輸出電阻、接在激發電極前端的電容和電阻分別組成交流平衡電橋的四個臂，而這電容與接在碳纖維絲上夾頭的輸出電阻的連接點及接在激發電極前端的電容和電阻的連接點分別為這電橋的兩個輸出端，在這輸出端接上一個高輸入阻抗的差分運算放大器。當碳纖維受激發作受迫振動時，激發電極與碳纖維絲之間或激發電極與下夾頭之間所形成的電容器的電容量不斷發生變化，其交化量與纖維振動的振幅成正比，這樣因這個電容量的變化而在輸出負載電阻上迭加上一個與電容量變化成正比的交流訊號，由于這個交流電橋平衡系統的存在，使負載電阻上的因有背景交流訊號與因電容量變化而迭加上去的交流訊號分開，這個迭加上去反映碳纖維絲振動情況的交流訊號再經高輸入阻抗差分放大器放大后由顯示器顯示出來，這樣從顯示器顯示出來的電訊號的大小，就可相應判斷出纖維絲的振幅大小，由此準確地判斷出纖維絲是否已共振。

以下將結合附圖對發明作進一步的詳細描述。

圖1是振動激發系統、信號接收系統、交流電橋平衡系統的示意圖。

圖2是高輸入阻抗差分運算放大器線路圖。

圖3是真空系統示意圖。

參照圖1，纖維單絲〔12〕上端被上夾頭〔7〕緊緊夾住不動，下端懸掛質量為m的重物〔13〕，重物的作用在于給纖維單絲一個固定張力mg，重物外形像一個夾頭，能將纖維單絲夾住，并懸掛起來。由直流高壓發生器〔1〕、音頻訊號發生器〔2〕、保護電容器〔4〕、橫振動激發電極〔5〕和縱振動激發電極〔6〕組成一個振動激發系統。〔1〕提供直流偏壓;〔2〕提供交流激發電壓，其頻率由數字頻率計〔3〕測定，測頻精度為0.1HZ;〔4〕的電容量可用0.1μf、耐壓為500伏，它在本裝置中起保護作用，當〔5〕和纖維絲〔12〕或〔6〕與〔13〕不慎相碰時，它能防止直流高壓直接竄入放大器。

在直流偏壓和交流激發電壓作用下，〔5〕激發〔12〕作弦的橫振動以測定纖維絲的橫截面積;〔6〕激發〔12〕作縱振動以測定纖維絲的軸向楊氏模量。這兩個量的測量順序通過旋動開關S₁進行。