基于光干涉和拉力传感器的金属丝杨氏模量测量系统的设计

孙二平，李英杰，苗永平，王学水

(山东科技大学 电子信息工程学院，山东 青岛 266590)

杨氏弹性模量(简称杨氏模量)是描述固体抗形变能力的重要物理量，只与材料的性质有关，反映了材料弹性形变与内应力的关系，是工程技术中机械构件材料选择的重要参数之一[1,2]。杨氏模量测量的方法主要分为两种方法：动态法和静态法。动态法主要包括声速法和共振法，静态法主要包括梁弯曲法和拉伸法[3]。其中拉伸法测量金属丝的弹性模量是经典大学物理实验，是各大理工科院校必做的大学物理实验之一。调研发现，拉伸法测量杨氏模量实验过程存在一系列的问题，如占地面积大，操作不方便，精确度低等[4-6]。

迈克尔逊干涉仪是一种分振幅双光束干涉仪器，可用于观察光的等厚、等倾干涉，测量光波波长，薄膜厚度以及折射率等，是大学物理实验中必不可少的实验仪器[1]。基于光的干涉原理，干涉仪两反射镜间的微小光程差的改变，可反映由于光干涉导致的强度变化，因而干涉仪还可用于微小位移的测量[7-9]。

本文基于光干涉和拉力传感器测量金属丝的杨氏模量，利用迈克尔逊干涉仪测量金属丝长度微变量，同时利用拉力传感器精确测量金属丝上的拉力，通过自主设计的拉力测量装置测量并显示出来。

该实验装置利用光干涉法和拉力传感器测量金属丝杨氏模量，有效地提高了杨氏模量测量精度。同时将迈克尔逊测量波长实验和杨氏模量测量实验结合起来，有助于提高学生思考能力，更全面的掌握知识。……