专利名称：一种运动学实验设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及物理运动学实验领域，尤其涉及一种运动学实验设备。
背景技术：
在中学物理运动学实验中，传统实验系统通常利用打点计时器配合 轨道小车来采集位移数据。打点计时器是通过在纸带上打出墨点而显示 出点迹的 一 种计时仪器，但纸带中后期的点迹也分布不均匀，而且这种 实验的测量是在满足 一 定的条件下才能进行，纸带和打点计时器之间存 在摩擦力，所以通常存在误差较大。
发明内容
本实用新型的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种运动 学实验设备。
为实现以上目的，本实用新型采取了以下的技术方案 一种运动学 实验设备，包括实验用小车、光电位移传感器和轨道板及数据处理装置； 光电位移传感器设置在实验用小车的底部，所述实验用小车在轨道板上 运动；
所述光电位移传感器采集实验用小车的运动位移信息，并将所述运
动位移信息发送到数据处理装置，数据处理装置对所述运动位移信息进 行处理，计算出实验用小车的待测数值。
所述光电位移传感器包括发光二极管电路、光学透镜组件、CMOS 感光器、数字信号处理器和接口电路；
发光二极管电路用于照亮实验用小车的运动面，所述运动面的影像 通过所述光学透镜组件在CMOS感光器上成光学影像，所述CMOS感光器 将所述光学影像转换为电信号传输给数字信号处理器，数字信号处理器 将所述电信号处理整合成实验用小车运动的位移信息，并通过接口电路 发送到数据处理装置。
所述接口电路包括射频发射电路，所述位移信息通过所述射频发射 电路无线发送到所述数据处理装置。
所述实验用小车底部设置有滚轮和滚轴，所述滚轮通过滚轴固定在 所述实验用小车上，所述滚轮和滚轴之间通过滚珠轴承连接。
在所述轨道板上设置有定位槽，所述实验用小车沿着所述定位槽运动。
所述轨道板表面设置有纹理波纹。
所述光电位移传感器通过弹簧固定在所述实验用小车的底部，在光 电位移传感器上设置有通孔，螺丝穿过通孔和所述实验用小车的底部连 接，通过旋入所述螺丝的长度调整所述光电位移传感器和所述轨道板的距离。
在所述实验用小车的上部设置有装载箱，通过在装载箱里放置物体 改变所述实验用小车的质量。
在所述实验用小车的前后部分还设置有挂钩。
本实用新型的运动学实验设备相对于现有技术，采用光电位移传感 器采集处理得到实验用小车的运动位移信息，光电位移传感器采用光作 为信号载体，具有快速采集位移数据的能力和很高的分辨率，并且不存 在机械效率问题，使得实验测量的数据更加精确；而且采用数据处理装
置对实验用小车的运动位移信息进行处理，使得数据处理比较快。
图l是本实用新型的结构示意图(一)；
图2是本实用新型的结构示意图(二)；
图3是本实用新型的结构示意图(三)；
图4是本实用新型的结构示意图(四)；
图5是本实用新型的轨道板的结构示意图6是本实用新型光电位移传感器的结构框图(一)；
图7是本实用新型光电位移传感器的结构框图(二)；
附图标记说明1 、实验用小车，2、光电位移传感器，3 、轨道板:
4 、滚轮，5 、滚轴，6 、滚珠轴承，7 、弹簧，8 、螺丝，9 、装载箱，10挂钩。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型的内容做进一步详细说明。 实施例一
本实用新型的运动学实验设备，如图1所示，包括实验用小车1、光电位移 传感器2和轨道板3，光电位移传感器2设置在实验用小车1的底部，所 述实验用小车1在轨道板3上运动；所述光电位移传感器2采集实验用 小车1的运动位移信息，并将所述运动位移信息发送到数据处理装置， 由数据处理装置对所述运动位移信息进行运算处理。
其中所述数据处理装置在 一 实施例中可以是计算机，计算机连接有 接收装置可以接收所述运动位移信息，通过在计算机上安装相应的数据 处理程序可以对所述运动位移信息进行处理，从而计算出操作者想要的 测量数据所述光电位移传感器2包括发光二极管电路、光学透镜组件、CMOS 感光器、数字信号处理器和接口电路，如图6所示；发光二极管电路用于 照亮实验用小车的运动面，所述运动面的影像通过所述光学透镜组件在 CMOS感光器上成光学影像，所述CMOS感光器将所述光学影像转换为电 信号传输给数字信号处理器，数字信号处理器将所述电信号处理整合成
实验用小车运动的位移信息，并通过接口电路发送到数据处理装置。该 光电位移传感器2是采用光电鼠标的原理，光电鼠标定位的工作流程大致 为以内部的发光二极管为光源照亮采样表面，对比度强烈的待采样影
像通过透镜在CMOS上成像，CMOS将光学影像转化为矩阵电信号传输给 DSP (数字信号处理器)。当鼠标移动时，DSP则将此影像信号与存储的 上 一 采样周期的影像进行比较分析，然后发送 一 个位移距离信号到接口 电路。接口电路对由DSP发来的位移信号进行整合处理，最后以固定的 字节各式向计算机发送位移数据信息。
由于光电位移传感器2需要和轨道板配合使用，为了提高光电位移传 感器2的精确度，在轨道板3上设置有相应的纹理波纹。
其中在实施例中，为了实现无线传输数据，所述接口电路还包括射 频发射电路，将所述位移数据信息无线发送到数据处理装置，如图7所示。
为了减少实验用小车1在轨道板3上的摩擦力，如图2所示，该实验用 小车1的底部设置有滚轮4 ，滚轮4通过滚轴5固定在实验用小车的底部， 使得实验用小车1通过滚轮4可以在轨道板3 t运动。在 一 实施例中，所述 滚轴5和滚轮4之间通过滚珠轴承6连接，进 一 步的减少了摩擦力。
所述光电位移传感器2可以通过弹簧7固定在实验用小车1的底部，在 光电位移传感器2上设置有通孔，螺丝8通过通孔旋入所述实验用小车1 的底部，如图3所示，通过旋入螺丝8的长度可以调整所述光电位移传感 器2到轨道板3的距离，有时为了实验的需要可以调整该螺丝8旋入的长 度。
为了能够调整实验用小车1的质量大小，在实验用小车的上部设置有 装载箱9,可以在装载箱9里放置物体来调节实验用小车1的质量大小。进
一步地在实验用小车1的前后部设置有挂钩10，可以使用弹簧各挂住前后 的挂钩1 0 ，使得实验用小车1可以左右运动。其中为了保证实验用小车1 沿着直线运动，在轨道板3上设置有定位槽11，如图5所不，所述实验用 小车的滚轮4沿着该定位槽H运动。
通过改变轨道板3的形状和结构，可以使得本实用新型的运动学实验 设备可以做牛顿第二定律实验、阻尼运动实验、弹簧振子实验等诸多物 理运动学实验。
上列详细说明是针对本实用新型可行实施例的具体说明，该实施例 并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型所为的等效 实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
权利要求1、一种运动学实验设备，其特征在于包括实验用小车、光电位移传感器和轨道板；光电位移传感器设置在实验用小车的底部，所述实验用小车在轨道板上运动；所述光电位移传感器采集实验用小车的运动位移信息，并将所述运动位移信息发送到数据处理装置，由数据处理装置对所述运动位移信息进行运算处理。
2 、根据权利要求1所述的运动学实验设备，其特征在于所述光电位移 传感器包括发光二极管电路、光学透镜组件、CMOS感光器、数字信号 处理器和接口电路；发光二极管电路用于照亮实验用小车的运动面，所述运动面的影像 通过所述光学透镜组件在CMOS感光器上成光学影像，所述CMOS感光器 将所述光学影像转换为电信号传输给数字信号处理器，数字信号处理器 将所述电信号处理整合成实验用小车运动的位移信息，并通过接口电路 发送到数据处理装置。
3、 根据权利要求2所述的运动学实验设备，其特征在于所述接口电路 包括射频发射电路，所述位移信息通过所述射频发射电路无线发送到所 述数据处理装置。
4、 根据权利要求1或2所述的运动学实验设备，其特征在于所述实验用 小车底部设置有滚轮和滚轴，所述滚轮通过滚轴固定在所述实验用小车上，所述滚轮和滚轴之间通过滚珠轴承连接。
5、 根据权利要求4所述的运动学实验设备，其特征在于在所述轨道板上设置 有定位槽，所述实验用小车的滚轮沿着所述定位槽运动。
6、 根据权利要求5所述的运动学实验设备，其特征在于所述轨道板表面设置 有纹理波纹。
7、 根据权利要求1或2所述的运动学实验设备，其特征在于所述光电位 移传感器通过弹簧固定在所述实验用小车的底部，在光电位移传感器上 设置有通孔，螺丝穿过通孔和所述实验用小车的底部连接，通过旋入所 述螺丝的长度调整所述光电位移传感器和所述轨道板的距离。
8、 根据权利要求1或2所述的运动学实验设备，其特征在于在所述实验用小车的上部设置有装载箱，通过在装载箱里放置物体改变所述实验用 小车的质量。
9、 根据权利要求8所述的运动学设备，其特征在于在所述实验用小车的前后部分还设置有挂钩。
专利摘要本实用新型公开了一种运动学实验设备，涉及物理实验领域，该设备包括实验用小车、光电位移传感器和轨道板；光电位移传感器设置在实验用小车的底部，所述实验用小车在轨道板上运动；所述光电位移传感器采集实验用小车的运动位移信息，并将所述运动位移信息发送到数据处理装置，由数据处理装置对所述运动位移信息进行运算处理。本实用新型采用光电位移传感器采集处理得到实验用小车的运动位移信息，光电位移传感器采用光作为信号载体，具有快速采集位移数据的能力和很高的分辨率，并且不存在机械效率问题，使得实验测量的数据更加精确；而且采用数据处理装置对实验用小车的运动位移信息进行处理，使得数据处理比较快。
文档编号G09B23/00GK201177888SQ200820045330
公开日2009年1月7日 申请日期2008年3月25日 优先权日2008年3月25日
发明者古立全, 姚汉星, 蔡子亮 申请人:蔡子亮;姚汉星;古立全