一种弦振动试验仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种教学试验仪器，更具体地说，是一种弦振动试验仪。
【背景技术】
[0002] 目前测量弦振动试验一般采用以下方式：将一根钢线弦一段固定于频率可调的振 动源，另一端通过一滑轮下挂以可装砝码的挂钩，然后启动振动源，使钢丝振动，了解振动 在弦上传播的规律及改变频率和固定弦的张力，测量均匀弦上恒波传播速度和线密度。装 置的缺点是：闪光灯在闪烁频率和时间上不能很好的和振动频率相匹配，且闪光灯的亮度 不可调节，这样实验的现象不能很清晰的被观察和测量。
【发明内容】
[0003] 为解决上述问题，本发明发明了一种弦振动试验仪，所述弦振动试验仪，包括信号 源、振动弦线与测试台、弦线支架标尺组合、钩码组合，还包括与信号源相连的可调节频率 和亮度的LED照明灯。
[0004] 通过一根磁场中的受力金属弦线加交流电的方式，使其在安培力作用下产生振 动。
[0005] 通过对金属弦线所受拉力的调节，以及信号源的信号频率的调节，使弦线在有效 长度内的产生稳定的驻波。
[0006] 当驻波形成时，调节LED照明灯的频率，当LED照明灯的频率和信号源输出的正弦 信号频率一致时出现频闪现象，测试出驻波频率。
[0007] 本发明发明的一种弦振动试验仪，通过引入可调频率和亮度的LED照明灯，可以 清晰的观察金属弦线的振动过程，更容易找到驻波的共振点，使测量更加准确。LED照明信 号，与正弦信号来自于同一个CPU，从而保证了振动的频率和频闪的频率匹配的非常好，可 以很稳定清晰的，借助频闪灯观察到振动的现象，测试出驻波的频率，同时LED灯的亮度是 可调节的，调节方式是通过调节一个周期内方波信号的占空比来实现的，而且频率改变后， 占空比自动改变为最小，即亮度最低，来保护LED，延长使用寿命。【附图说明】
[0008] 图1为本发明发明的一种弦振动试验仪的结构示意图。
[0009] 图2为交流电i、弦线张力T，以及弦线位移x在一个周期内的变化图。
【具体实施方式】
[0010] 本发明发明的一种弦振动试验仪，其结构示意图如图1所示，包括信号源、振动弦 线与测试台、弦线支架标尺组合、钩码组合，还包括与信号源相连的可调节频率和亮度的 LED照明灯。
[0011] 其中信号源的信号接口输出正弦信号；振动弦线与测试台上有接线柱1、强磁铁4 以及带凹槽的滑轮6;弦线支架标尺组合包括弦线支点3以及标尺7;钩码组合包括砝码盘 5 ;LED照明灯与信号源频闪接口相连，信号源频闪接口提供LED灯的照明信号，该信号为方 波信号，频率在1-200赫兹之间连续可调。
[0012] 将一根密度为P的均匀金属弦线2,被固定在3点，并经过滑轮6后在其下方挂一 砝码盘5,使金属丝受张力T的作用而被张紧。金属弦线2下方放一永久磁铁4。
[0013] 所述弦振动试验仪工作时，信号源的信号接口输出正弦信号通过导线与测试台上 的接线柱1-1和1-2相连，金属弦线2 -头固定在接线柱1-2上，一头通过一个带凹槽的滑 轮6与一个砝码盘5相连，弦线2多出一段不受力的部分又与另一接线柱1-3相接，这样在 弦线和信号源间形成一个通路，正弦交流电信号直接加在金属弦线2上。通电弦线2在强 磁铁4的作用下，产生安培力，使弦线做往复运动。
[0014] 交流电i、弦线张力T，以及弦线位移x在一个周期内的变化如图2。当交变电流 稳定存在时，这个振动状态会以波的形式向弦线的两端传播，>_ = 1 ，波在A、B 两个支点产生反射。反射波和入射波是同一波源产生的，它们具有相同的振幅、频率和振动 方向。在弦线上叠加时，产生波的干涉。两列波合成的结果是劝。 A.
[0015] 通过对金属弦线所受拉力的调节，以及信号源的信号频率的调节，使弦线在有效 长度内的产生稳定的驻波。
[0016] 调整弦线支点3, A和B两支点的距离，具体长度由标尺7读出，弦线长度确定后， 在砝码盘5上加上适当砝码，作为弦线张力，调节信号源的信号频率由小到大，看到支点3 之间会出现驻波，频率越高，驻波的个数越多。
[0017] 这时，稳定A、B两点不动，是波节。而在LAB的全长内会以入/2为单位形成若干以 正弦分布的稳定的驻波。弦线上各点以cos2 ft的形式作谐振动。其振幅依 赖于点x的位置。在两波节之间，各点的振动都有相同的相位，它们同时到达自己的最大位 移，又同时通过平衡位置。在同一波节两边的各点，其振动相位相反，即同时到达最大位移， 但方向相反；又同时通过平衡位置，但速度的方向相反。
[0018] 形成驻波的条件是，在LAB内刚好能容纳整数个半波，即
[0019]
[0020] 波在弦线中传播速度
[0021]
[0022] 其中T是弦线所受张力，P是弦线的线密度。由于v = fA，所以弦线上形成稳定 的驻波时
[0023]
[0024]
[0025] 称为基频，f2、fV??称为谐频。振动着的弦激起空气的振动，人的耳朵就感觉弦 在发出声音。声音的大小由振动的振幅来决定，音调的高低依赖于振动频率。
[0026] 信号源频闪接口与LED灯相连，提供LED灯的照明信号，该信号为方波信号，频率 在1-200赫兹之间连续可调，驻波形成时，调节频闪按键，增加或减少方波的频率，使LED灯 的频率和正弦信号频率一致，LED灯照的弦线部分，可看见稳定不动的弦线，称作频闪现象， 非照明部分弦线无此现象。通过观察弦线振动波腹的幅度是否为最大，波节是否最小最稳 定，来确定驻波的频率是否为共振频率，不是再适当调节信号按键，增加或减少频率值，精 确确定产生驻波的频率。
[0027] 考虑到实验环境和个人因素，LED灯的亮度是可调节的，调节方式是通过调节一 个周期内方波信号的占空比来实现的，而且频率改变后，占空比自动改变为最小，即亮度最 低，来保护LED，延长使用寿命。
[0028] LED照明信号，与正弦信号来自于同一个CPU，从而保证了振动的频率和频闪的频 率匹配的非常好，可以很稳定清晰的，借助频闪灯观察到振动的现象，测试出驻波的频率。 正弦交流电的频率在1一200赫兹之间连续可调，电流在0-1安培间连续可调。LED照明灯 的频率为方波在1-200赫兹之间连续可调，亮度也可调节。
【主权项】
1. 一种弦振动试验仪，包括信号源、振动弦线与测试台、弦线支架标尺组合、钩码组合， 其特征在于，还包括与信号源相连的可调节频率和亮度的LED照明灯。2. 如权利要求1所说的一种弦振动试验仪，其特征在于，通过一根磁场中的受力金属 弦线加交流电的方式，使其在安培力作用下产生振动。3. 如权利要求2所说的一种弦振动试验仪，其特征在于，通过对金属弦线所受拉力的 调节，以及信号源的信号频率的调节，使弦线在有效长度内的产生稳定的驻波。4. 如权利要求3所说的一种弦振动试验仪，其特征在于，当驻波形成时，调节LED照明 灯的频率，当LED照明灯的频率和信号源输出的正弦信号频率一致时出现频闪现象，测试 出驻波频率。
【专利摘要】本发明涉及一种弦振动试验仪。包括信号源、振动弦线与测试台、弦线支架标尺组合、钩码组合，其特征在于，还包括与信号源相连的可调节频率和亮度的LED照明灯。过给一根磁场中的受力金属导线加交流电的方式，使其在安培力作用下产生振动。通过对弦线所受拉力的调节，以及通过弦线交流电频率的调节，使在有效长度内的弦线产生稳定的驻波，同时加上可调频率和亮度的LED照明灯，可以清晰观察弦线的振动过程，更容易找到驻波的共振点，使测量更加准确。LED照明信号，与正弦信号来自于同一个CPU，从而保证了振动的频率和频闪的频率匹配的非常好，可以很稳定清晰的，借助频闪灯观察到振动的现象，测试出驻波的频率，同时LED灯的亮度是可调节的。
【IPC分类】G09B23/06
【公开号】CN105206141
【申请号】CN201410261934
【发明人】夏卿
【申请人】三江学院
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2014年6月12日