专利名称：带有频闪功能的手持式线驻波演示器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于教学仪器，具体为一种演示驻波的仪器。
背景技术：
驻波是波的叠加中最简单、最基本的现象。当两列相向运动的同振幅、同频率的波相遇时就形成驻波。驻波的现象及形成是物理基础教学中要求学生必须掌握的知识，理解驻波的形成过程是后面学习波的叠加以及波的干涉的基础。虽然驻波是波的叠加中最简单、最基本的现象，也是生活中相当普遍的现象，但是人的感官往往很难完整、形象地感觉到这种现象，因而人们对驻波的感性认识并不深刻，所以对于学生来说，在教学中使用驻波演示装置是非常必要的。驻波的演示装置有许多种，教学中的使用也相当普遍，如线驻波演示仪，用喇叭或偏心电机等作振源，使一根线绳振动，形成驻波。由于这样形成的驻波的频率较快，不能用肉眼观察到驻波瞬态的形状，一股情况下，还需要一台专门的频闪仪来照射驻波，当频闪的频率与驻波的频率一致或近似时就能看到“缓慢运动”或者“定格”线绳的状态。另外，也可以用模拟的方式来演示驻波形成的过程，如投影式驻波形成演示仪，或者利用电子屏幕及软件模拟出来的驻波演示。但以上这些仪器都需要较多的设备，还需要电源，在课堂上使用不太方便，而且成本较高。
发明内容为了解决上述问题，本实用新型提供一种用手电筒改装的带有频闪功能的手持式线驻波演示器，既能产生线驻波，也是一个小型频闪仪，可以将上述两种驻波演示装置的功
能合二为一。本实用新型采用了如下方案带有频闪功能的手持式线驻波演示器，由LED手电筒、振子、线绳组成。LED手电筒中设有频率发生器，其LED灯接该频率发生器的输出，该频率发生器由555芯片构成，输出频率为3 50Hz的、占空比为的的脉冲；所述振子由条形弹簧片和固定在弹簧片上的振动电机及其PWM电路构成，该弹簧片一端固定在LED手电筒上，另一端固定有所述线绳， 该PWM电路由555芯片构成，输出占空比可调的3000Hz方波。也可以，所述振子由椭圆形凸轮、电机及其PWM电路构成，其中所述椭圆形凸轮为椭圆形的短柱，短柱两头设圆形的挡片，椭圆形凸轮的中心对称点处固定在的电机的转动轴上；所述PWM电路由555芯片构成，输出占空比可调的3000Hz方波；所述电机设置在LED 手电筒内侧壁，其转动轴伸出壁外；所述线绳一头固定在LED手电筒上，并搭在椭圆形凸轮上。还可以，所述振子由椭圆形槽轮、电机及其PWM电路构成，其中椭圆形槽轮为与电机转动轴连接的圆柱，在圆柱侧面上设有一圈椭圆形的沟槽；所述PWM电路由555芯片构成，输出占空比可调的3000Hz方波；所述电机设置在LED手电筒内侧壁，其转动轴伸出壁外；所述线绳一头固定在LED手电筒上，并嵌在椭圆形槽轮的沟槽内。[0008]其中，所述PWM电路可以由电位器代替。上述的LED手电筒采用可充电的LED手电筒，可以用 220V直接充电。作为一种优选，上述的线绳采用皮筋绳。本实用新型的主要优点在于用做产生驻波的振子可以调节频率，方便产生稳定的驻波，且具有频闪功能使线驻波“缓慢运动”或者“定格”，便于清晰观察驻波运动状态。本仪器利用现有的LED手电筒，在其供电电路中加入两个调频电路，分别用于调节电机的速度和LED点亮的频率，就可以形成可调节频率的振子和频闪器，简单易行；且LED手电筒采用可充电的LED手电筒，能够直接用 220V充电，节能、免维护；仪器的大小如手电筒，便于携带和操作。
图1为本实用新型带有频闪功能的手持式线驻波演示器实施例1的结构图；图2为本实用新型带有频闪功能的手持式线驻波演示器实施例2的结构图；图3为本实用新型带有频闪功能的手持式线驻波演示器实施例3的结构图；图4为图2所示实施例中椭圆形凸轮结构图；图5为图3所示实施例中椭圆形槽轮结构图；图6为本实用新型带有频闪功能的手持式线驻波演示器实施例1-实施例3中PWM 电路的电路图；图7为本实用新型带有频闪功能的手持式线驻波演示器实施例1-实施例3中频率发生器电路的电路图。图中1、挡片，2、椭圆形的短柱，3、轴孔，4、沟槽，5、圆柱。
具体实施方式
下面结合图1-7对本实用新型做详细说明。实施例1采用可充电的LED手电筒，在手电筒内加装PWM电路和频率发生器电路。 PWM电路用于驱动振子。振子是一个带有振动电机的条形弹簧片，条形弹簧片固定在LED手电筒的外壳上，如图1。电机接PWM电路，接通PWM电路，电机旋转带动条形弹簧片振动，条形弹簧片端部栓一根皮筋绳，当条形弹簧片振动，并拉紧皮筋绳，适当调节皮筋绳的松紧或调节PWM电路改变电机的转速，皮筋绳就会产生驻波。其中的PWM电路由555芯片构成，如图6，图中的电位器R为50K，电容Cl和C2为10nF，该电路可输出3000Hz的方波，调节电位器R就可以调节方波的占空比，从而调节电机的转速。频率发生器电路的输出接LED手电筒中的LED灯，作为频闪器。频闪器的频率要求在3 50Hz间可调，并且占空比为4%以下。频率发生器电路如图7，也由555芯片构成，为了满足要求，图中的电位器Rl为5K，电位器R2为500K，电容Cl为1 μ F，电容C2为 lOnF。使用频闪器可以使驻波“定格”或“缓慢运动”。PWM电路和频率发生器电路的接通开关可以用LED手电筒本身的开关，LED手电筒开关为三挡开关，分别用作关、接通PWM电路、接通PWM电路和频率发生器电路。实施例2与实施例1的差别是振子不同(如图2)，该振子由椭圆形凸轮、电机及其 PWM电路构成。其中的椭圆形凸轮为椭圆形的短柱2，并在椭圆形的短柱两头设圆形的挡片
41(如图4)，椭圆形凸轮的中心对称点处设轴孔，可固定在的电机的转动轴上；其中的PWM电路与实施例1相同；其中的电机设置在LED手电筒内侧壁，其转动轴伸出壁外。将皮筋绳一头固定在LED手电筒上，并搭在椭圆形凸轮上，拉紧皮筋绳，当电机旋转，椭圆形凸轮就会带动皮筋绳产生驻波。实施例3与实施例1的差别也是振子不同(如图3)，该振子由椭圆形槽轮、电机及其PWM电路构成，其中的椭圆形槽轮为与电机转动轴连接的圆柱5，并在圆柱侧面上设有一圈椭圆形的沟槽4;其中的PWM电路与实施例1相同；其中的电机设置在LED手电筒内侧壁， 其转动轴伸出壁外；将皮筋绳一头固定在LED手电筒上，并嵌在椭圆形槽轮的沟槽内，拉紧皮筋绳，当电机旋转，椭圆形槽轮就会带动皮筋绳产生驻波。以上三个实施例中的PWM电路也可以用电位器代替，使电路简化，但是会损失一
些功率。
权利要求1.带有频闪功能的手持式线驻波演示器，由LED手电筒、振子、线绳组成，其特征在于 LED手电筒中设有频率发生器，其LED灯接该频率发生器的输出，该频率发生器由555芯片构成，输出频率为3 50Hz的、占空比为的的脉冲；所述振子由条形弹簧片和固定在弹簧片上的振动电机及其PWM电路构成，该弹簧片一端固定在LED手电筒上，另一端固定有所述线绳，该PWM电路由555芯片构成，输出占空比可调的3000Hz方波。
2.如权利要求1所述的带有频闪功能的手持式线驻波演示器，其特征在于所述振子由椭圆形凸轮、电机及其PWM电路构成，其中所述椭圆形凸轮为椭圆形的短柱，短柱两头设圆形的挡片，椭圆形凸轮的中心对称点处固定在的电机的转动轴上；所述PWM电路由555芯片构成，输出占空比可调的3000Hz方波；所述电机设置在LED手电筒内侧壁，其转动轴伸出壁外；所述线绳一头固定在LED手电筒上，并搭在椭圆形凸轮上。
3.如权利要求1所述的带有频闪功能的手持式线驻波演示器，其特征在于，所述振子由椭圆形槽轮、电机及其PWM电路构成，其中椭圆形槽轮为与电机转动轴连接的圆柱， 在圆柱侧面上设有一圈椭圆形的沟槽；所述PWM电路由555芯片构成，输出占空比可调的 3000Hz方波；所述电机设置在LED手电筒内侧壁，其转动轴伸出壁外；所述线绳一头固定在 LED手电筒上，并嵌在椭圆形槽轮的沟槽内。
4.如权利要求1-3中任一项所述的带有频闪功能的手持式线驻波演示器，其特征在于，所述PWM电路由电位器代替。
5.如权利要求1-3中任一项所述的带有频闪功能的手持式线驻波演示器，其特征在于，所述LED手电筒为可充电的LED手电筒。
6.如权利要求1-3中任一项所述的带有频闪功能的手持式线驻波演示器，其特征在于，所述线绳为皮筋绳。
专利摘要带有频闪功能的手持式线驻波演示器属于教学仪器领域。该演示器由LED手电筒、振子、线绳组成，并设有频率发生器，其LED灯接该频率发生器的输出，该频率发生器输出频率为3～50Hz的、占空比为的1％的脉冲；所述振子由条形弹簧片和固定在弹簧片上的振动电机及其PWM电路构成，该弹簧片一端固定在LED手电筒上，另一端固定有所述线绳，该PWM电路输出占空比可调的3000Hz方波。其中的振子还有椭圆形凸轮和椭圆形槽轮的形式。本演示器可产生线驻波并有频闪功能可使线驻波“缓慢运动”或者“定格”。本仪器采用可充电的LED手电筒，能够直接用～220V充电，节能、免维护；仪器的大小如手电筒，便于携带和操作。
文档编号G09B23/06GK202142217SQ201120248400
公开日2012年2月8日 申请日期2011年7月14日 优先权日2011年7月14日
发明者刘敏蔷, 宁莹, 杨旭东, 聂需晨 申请人:北京工业大学