一种光弹性实验的随堂教学设备的制作方法

1.本实用新型涉及教学设备领域，具体涉及一种光弹性实验的随堂教学设备。


背景技术：

2.光弹性方法是一种可以直接测试透明件(如玻璃、石英等)内部(残余)应力场的方法，它以干涉条纹的图像形式反映试件内部的应力分布。光弹性方法的这个特点非常适合一些力学课程(如材料力学、弹性力学) 的教学：它能将一些抽象的概念，比如应力集中、圣维南原理等用图像形式具体而形象地展现出来，于学生而言，它便于理解和记忆；于教师而言，它使得教学简单而生动。
3.但是传统的光弹性试验设备有多个部件组成，体积大重量沉，且定量测量时操作复杂，需懂得其原理的专人负责，因此光弹性实验一般作为专门实验，在专业的实验室进行，在理论课时和实验课时普遍压缩的情况下常常被忽视了，导致光弹性试验在实际教学中并没有发挥很好的作用。


技术实现要素：

4.为此，本实用新型提供一种光弹性实验的随堂教学设备，以解决现有光弹性教学设备结构复杂、不便携带、操作专业门槛高的问题。
5.为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.本实用新型公开了一种光弹性实验的随堂教学设备，所述光弹性实验的随堂教学设备包括：光源组件、加载架、像素偏振相机和处理终端，所述光源组件和加载架间隔安装在第一底板上，所述像素偏振相机安装在第二底板上，所述第一底板与第二底板之间通过合页连接，像素偏振相机连接处理终端，处理终端与显示设备连接，展示最终实验效果。
7.进一步地，所述光源组件包括：集成在一起的led光源和塑料圆偏振片，所述led光源发出光束，通过圆偏振片后变成圆偏振光。
8.进一步地，所述加载架上安装试件，加载架中间设置有卡接部，将试件卡接限位在加载架中部，能够使led光源发出的光束穿过试件。
9.进一步地，所述像素偏振相机安装在第二底板远离合页的一端，像素偏振相机通过高度调节支座与第二底板连接，像素偏振相机的镜头与加载架上安装的试件在同一水平线上。
10.进一步地，所述像素偏振相机的靶面以相邻的上下左右四个感光单元为一组，偏振方向分别设为0
°
、45
°
、90
°
、135
°
，一次拍照即可获得四幅不同偏振方向的图像。
11.进一步地，所述第一底板与第二底板之间通过合页连接，在收纳状态下，逆时针90
°
翻转第二底板，使第二底板保持竖直状态，第二底板上的像素偏振相机的镜头插入光源组件和加载架之间的间隔空隙内。
12.进一步地，所述第一底板与第二底板在展开状态下，第一底板与第二底板位于同一水平面，在设备直立使用状态下，第一底板与第二底板连接处的背面安装连接板，通过连
接板使第一底板与第二底板之间固定连接。
13.进一步地，所述像素偏振相机将拍摄的图像发送至处理终端，处理终端对图像处理后，通过连接的显示设备展示实验结果。
14.本实用新型具有如下优点：
15.本实用新型公开了一种光弹性实验的随堂教学设备，通过光源组件发出偏振后光束，穿过试件，利用像素偏振相机同时获取不同偏振方向的图像，过一次拍照即可完成传统光弹法在复杂操作下完成的定量测试，操作大大简化，降低了操作技术门槛和专业知识的要求；通过处理终端，以偏振光学法计算出试件内的应力场，并以图像显示应力场的分布特征，以生动而具体的图像方式阐释抽象的力学概念。在相同光源面积的情况下，本发明也简化了传统光弹系统的结构和重量，同时第一底板和第二底板之间的可折叠收纳结构使整体设备结构小巧简单，便于携带搬运，增加课堂实验的可实施性，提升教学效果。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。
17.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
18.图1为本实用新型实施例提供的一种光弹性实验的随堂教学设备结构示意图；
19.图2为本实用新型实施例提供的一种光弹性实验的随堂教学设备收纳状态结构示意图；
20.图3为本实用新型实施例提供的一种光弹性实验的随堂教学设备竖立使用状态下结构示意图；
21.图中：1
‑
光源组件、2
‑
加载架、3
‑
像素偏振相机、4
‑
处理终端、5
‑
第一底板、6
‑
第二底板、7
‑
显示设备、8
‑
试件、9
‑
合页、10
‑
高度调节支座、 11
‑
连接板。
具体实施方式
22.以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.实施例
24.本实施例公开了一种光弹性实验的随堂教学设备，所述光弹性实验的随堂教学设备包括：光源组件1、加载架2、像素偏振相机3和处理终端4，所述光源组件1和加载架2间隔
安装在第一底板5上，所述像素偏振相机3安装在第二底板6上，所述第一底板5与第二底板6之间通过合页9连接，像素偏振相机3连接处理终端4，处理终端4与显示设备7 连接，展示最终实验效果。
25.光源组件1包括：集成在一起的led光源和塑料圆偏振片，所述led 光源发出光束，通过圆偏振片后变成圆偏振光。取代原有光弹性实验设备中的光源、起偏镜和第一1/4波片，使结构优化简单。
26.加载架2上安装试件8，加载架2中间设置有卡接部，将试件8卡接限位在加载架2中部，能够使led光源发出的光束穿过试件8。通过更换不同的试件8，能够完成不同的光弹性实验。
27.像素偏振相机3安装在第二底板6远离合页9的一端，像素偏振相机3通过高度调节支座10与第二底板6连接，能够调节像素偏振相机3 的高度，像素偏振相机3的镜头与加载架2上安装的试件8在同一水平线上，能够拍摄采集透过试件8的光束。像素偏振相机3的靶面以相邻的上下左右四个感光单元为一组，偏振方向分别设为0
°
、45
°
、90
°
、135
°
，一次拍摄即可获得四幅不同偏振方向的图像。可在省去传统光弹性实现设备中第二1/4波片的情况下，通过一次拍照即可完成传统光弹法在复杂操作下完成的定量测试，操作大大简化。像素偏振相机3将拍摄的图像发送至处理终端4，处理终端4对图像处理后，通过连接的显示设备7 展示处理结果。本实施例中处理终端4采用笔记本电脑，通过笔记本电脑内安装的处理软件，调节参数，展示最终效果。本实施例中笔记本电脑内的力学信息处理软件是本领域技术人员采用的常规技术，但整个高效的力学信息获取过程并不仅仅依赖于专业软件，主要在于实验系统整体结构的改进。
28.第一底板5与第二底板6之间通过合页9连接，在收纳状态下，逆时针90
°
翻转第二底板6，使第二底板6保持竖直状态，第二底板6上的像素偏振相机3的镜头插入光源组件1和加载架2之间的间隔空隙内。整个系统非常紧凑，可以装在400*400*100的手提箱内，重量控制在5kg 以内，便于携带。使课堂实验更加具有可操作性。
29.第一底板5与第二底板6在展开状态下，第一底板5与第二底板6 位于同一水平面。某些特殊情况下，设备需要直立使用，则在第一底板5 与第二底板6连接处的背面安装连接板11，通过连接板11使第一底板5 与第二底板6之间固定连接，像素偏振相机3正常采集图像。
30.具体实验操作过程为：将设备取出，第二底板6翻转至水平状态，打开led光源，像素偏振相机3连接笔记本电脑，启动软件，调节像素偏振相机3高度，镜头对试件8精确成像并将放大至合适倍数。实时观察光弹条纹状态，加载至合适的载荷，通过软件指示，输入少量必要的参数，点击“下一步”直至完成定量计算。整体过程中不需要教师具备专业知识即可完成操作。为了便于学生观察和教师讲解，笔记本电脑可连接到投影仪并将软件界面(包含相机拍摄的图像)显示在教室的大屏幕上，效果直观清晰。
31.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。