磁悬浮球实验教学装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种磁悬浮球实验教学装置，尤其是用于磁悬浮球实验结果展示及实验测试结果分析的实验教学装置，具体用于磁悬浮球实验教学及科研实验领域中。
【背景技术】
[0002]由于近年来磁悬浮技术的工程应用逐渐普及，磁悬浮球实验作为磁悬浮研究的入门技术引入高校工程类实验体系中，可使学生对一类非线型本质不稳定的系统有深入认识和研究，在高校工程类系列实验中占有重要地位，可配合控制类、信息类专业的相关理论课程开展系列实验项目的实验和研究。由于实验内容新颖、实验结果直观有效，激发了学生学习的兴趣及研究热情。
[0003]但作为实验教学系统，目前的磁悬浮球系统存在着教学展示不直观，教师讲述困难，实验测试结果分析困难等问题。
【发明内容】
[0004]针对以上问题，本实用新型采用了下述方案:本实用新型包括电磁铁1、LED灯2、光电传感装置3、Ardruino控制板4、功率放大器5、工业摄像机6、图像传感器7、图像输出显示设备8、被控对象的钢球9。设计了一种便于对磁悬浮球实验现象进行直观展示、精确分析的实验装置。
[0005]本实用新型的工作原理如下:电磁铁I通电后产生磁场，位于磁场中的被控对象钢球9受到电磁力的向上的作用，当该电磁力与钢球9所受重力相等时，钢球9可悬浮在空中。LED灯2和光电传感装置3构成位置传感器，可实时检测钢球9的位置信号，输入到Arduino控制板4和功率放大器5连接组成的控制电路，处理后的信号用来控制电磁铁I线圈电流的大小，从而改变钢球9在磁场中受到的电磁力的大小。使小球所受电磁力与其在不同位置所受重力相等，从而保持平衡。对以上工作过程可通过工业摄像机6及图像传感器7构成的图像采集装置输入到图像输出显示设备8，对钢球9的运动过程进行细节展示及图像分析。
[0006]在用于实验教学演示时，通过工业摄像机6可拍摄钢球在磁场9中的运动视频，经过图像传感器7处理后可经图像输出显示设备8进行实时视频展示，在教学中可很方便的进行讲解。进行科研实验时，可对实验过程进行图像分析，方便开展后续的研究。另外在图像输出设备8接入网络的情况下，还可进行远程视频教学。
【附图说明】
[0007]图1是本实用新型的结构示意图。
【具体实施方式】
[0008]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细描述。
[0009]磁悬浮球实验教学装置，组成包括:电磁铁1、LED灯2、光电感应装置3、Arduino控制板4、功率放大器5、工业摄像头6、图像传感器7、图像输出显示装置8和被控对象钢球9。
[0010]所述的电磁铁1，通电后，其周围产生磁场，位于磁场中的被控对象钢球7受到电磁吸力作用，当电磁吸力与钢球重力相等时，钢球可悬浮在空中，处于平衡状态。
[0011]所述的LED灯2和光电感应装置3连接构成位置传感器，可实时检测钢球9的位置，并将位置信号输入功率放大器9进行处理，处理后的输出信号用来控制电磁铁线圈电流大小，以改变钢球在磁场中所受到的电磁吸力的大小。
[0012]所述的Arduino控制板4和功率放大器5连接组成控制电路，处理钢球9的位置信号，以生成电磁铁线圈的控制信号。
[0013]所述的工业摄像头6和图像传感器7构成图像采集处理装置，可实时拍摄钢球9在磁场中的运动图像，经过图像传感器处理后的图像可输入到图像输出显示装置8中，对钢球的实时运动状态进行图像显示。
【主权项】
1.磁悬浮球实验教学装置，其组成包括:电磁铁(1)、LED灯(2)、光电感应装置(3)、Arduino控制板(4)、功率放大器(5)、工业摄像头(6)、图像传感器(7)、图像输出显示装置(8)、被控对象钢球(9)，其特征是:图像传感器7输入端连接工业摄像头￠)，输出端与图像输出显示装置(8)连接，组成磁悬浮球实验装置的运动图像采集输出显示装置，可实时捕获被控对象钢球(9)的运动图像并显示。2.根据权利要求1所述的磁悬浮球实验教学装置，其特征是:工业摄像头(6)镜头的上边缘与电磁铁(I)的下边缘平行，镜头在不移动的情况下可完整拍摄到钢球(9)完整的运动图像，摄像头(6)为工业级相机镜头，以保证捕获图像的分辨率。3.根据权利要求1所述的磁悬浮球实验教学装置，其特征是:图像传感器(7)为高性能图像传感器，帧率为300fps以上，保证输出到图像显示设备(8)的图像的连续性和清晰度。
【专利摘要】磁悬浮球实验教学装置，其组成包括电磁铁（1）、LED灯（2）、光电感应装置（3）、Arduino控制板（4）、功率放大器（5）、工业摄像头（6）、图像传感器（7）、图像输出显示装置（8）和被控对象钢球（9）。电磁铁（1）通电后其周围产生磁场，位于磁场中的被控对象钢球（9）会受到电磁吸力作用，当电磁吸力与钢球重力相等时，钢球可悬浮在磁场范围内，处于平衡状态。工业摄像头（6）可拍摄到钢球在磁场中的运动状态图像，通过图像传感器（7）对图像进行处理后，送入图像输出显示装置（8），可直观显示钢球在磁场中的运动过程。该装置可通过图像展示的方式对磁悬浮球系统的运动过程进行直观演示，有效解决了在实验过程中无法直观监视磁悬浮球运动实时过程的问题；通过图像分析的手段可对磁悬浮球的运动过程进行深入分析及结果分析，如图像输出显示装置（8）接入网络中，还可实现远程实验展示。有效解决了磁悬浮球实验的钢球运动的直观展示和后期实验结果分析等问题。
【IPC分类】G09B23/00
【公开号】CN204759835
【申请号】CN201520449399
【发明人】向晓燕, 林子峰
【申请人】吉首大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年6月26日