磁阻型电磁发射实验教学仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电磁学、力学知识的实验教学仪器，即磁阻型电磁发射实验教学仪。
【背景技术】
[0002]电磁发射技术是一种利用电磁力做功把电磁能转化成机械能并把弹体发射出去的技术。电磁发射技术在科学试验、工业、航天及军事领域有着不可估量的应用潜力，已经成为世界主要工业化国家的热门研究课题。电磁发射涉及电磁学、力学的许多内容，其基本原理可以用电磁学、力学的知识来分析。为了加强理论与实际应用的联系，将研究热点引入现代物理课堂，迫切需要相关的实验仪器，但目前仅有相关的演示仪器，不能定量研究影响电磁发射效果的相关因素。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种磁阻型电磁发射实验教学仪，能定量研究影响电磁发射效果的相关因素，有利于提高学生科学探究能力，激发学生学习大学物理的兴趣，符合大学物理实验的教学需求。
[0004]本实用新型提供了一种磁阻型电磁发射实验教学仪，包括包括可调电源系统、控制系统、可调式储能电容器组、发射线圈、发射系统、测量系统；可调电源系统通过充电回路为储能电容器组充电；储能电容器组通过放电回路向发射线圈放电；控制系统的输出端与用于控制充电回路和放电回路关闭状态的开关电连接；储能电容器组并联有用于显示其电压的发射电压表；发射线圈内同轴设置有发射管，发射管的两端分别外露于发射线圈的两端；发射管的入口端内设置有弹体；发射系统包括与发射管同轴设置的推杆，推杆的一端与弹体端部相接触，推杆的另一端设置有滑块，滑块底部设置于带标尺的导轨上，所述标尺固定于导轨侧面并与推杆轴线方向平行；滑块底部活动卡设于导轨上且可沿推杆轴线方向在导轨上滑动；发射管的出口端间隔设置有第一光电门和第二光电门，第一光电门的输出端和第二光电门的输出端分别与用于测量弹体经过两光电门的时间间隔并进行显示的测量系统的输入端连接，测量值在测量系统上进行显示的。
[0005]所述发射系统还包括底座，底座上设置有可沿垂直于推杆轴线方向滑动的定位装置，导轨固定于定位装置上。所述定位装置包括对称设置的两个滑轨，两个滑轨之间活动设置有滑板，两个滑轨上对称设置有滑槽，滑槽的轴线方向与发射线圈的轴线方向垂直，滑板两侧与滑槽相配合并卡设于其中；导轨通过连杆固定于滑板顶面。
[0006]所述可调电源系统包括第一整流滤波电路、开关管电路、滤波电路、PffM控制器；第一整流滤波电路的输入端连接有交流电源输入，第一整流滤波电路的输出端与开关管电路的输入端电连接，开关管电路的输出端与滤波电路的输入端电连接，滤波电路的输出端为充电回路提供可调的直流电源；滤波电路的输出端与取样电路的输入端连接，取样电路内设置有可调的取样电阻；取样电路的输出端与PWM控制器的输入端连接，PWM控制器的输出端与开关管电路的输入端连接。
[0007]所述充电电路包括可调的储能电容器组、限流电阻和第一开关，第一开关、限流电阻、储能电容器组和直流电源依次串联形成回路，直流电源两端并联有电源电压表。
[0008]所述放电回路包括储能电容器组、发射线圈、第二开关和自复位开关；发射线圈与储能电容器组相串联，第二开关和自复位开关串联于发射线圈和储能电容器组之间。
[0009]所述控制系统包括第二整流滤波电路、第三整流滤波电路、第一稳压电源、第二稳压电路、继电器逻辑控制电路；第二整流滤波电路的输入端连接有交流电源输入，第二整流滤波电路的输出端与第一稳压电路的输入端连接，第一稳压电路的输出端为继电器逻辑控制电路提供电源，继电器逻辑控制电路的输出端分别与第一开关、第二开关和自复位开关连接；第三整流滤波电路的输入端连接有交流电源输入，第三整流滤波电路的输出端与第二稳压电路的输入端连接，第二稳压电路的输出端为电源电压表和发射电压表提供电源。
[0010]所述测量系统包括单片机，第一光电门和第二光电门收集的待测信号经波形整形电路整形后输入至单片机，单片机的外围连接有电源电路、时钟电路、数据存储器，单片机通过总线控制器与数据存储器数据交换，单片机的数据输出I/o 口与多路数据选择器的输入端连接，多路数据选择器的输出端与寄存器的输入端连接，寄存器的输出端与用于显示弹体经过两光电门的时间间隔的显示屏和用于显示测量功能选择的功能指示灯电连接；功能选择电路的输出端与多路数据选择器和单片机的数据输入I/o 口连接。
[0011]本实用新型还包括状态指示电路，继电器逻辑控制电路的输出端与状态指示电路的输入端连接，所述状态指示电路包括4个并联的用于显示工作状态的状态指示灯；所述4个状态指示灯分别串联有用于接收来自继电器逻辑控制电路控制信号的开关。
[0012]所述发射线圈的两端设置有骨架，发射线圈通过骨架平行设置于底座的上方，导管与发射管的端部均与骨架固定连接。
[0013]本实用新型可定量研究影响电磁发射效果的相关因素，即通过测量弹体离开发射线圈时的速度，来研究发射电压、电容值(即发射电路放电状态)、弹体长度、弹体初始位置、放电电路状态等对弹体发射速度(即发射效果)的影响。同时本实用新型可通过更换不同尺寸的发射线圈，还可以研究发射线圈尺寸对发射线圈电流、磁场分布及磁场梯度分布的影响，进而影响弹体的发射效果。如果更换不同磁化率、不同尺寸的弹体，还可以研究弹体材料、弹体尺寸对弹体的发射效果的影响。
[0014]本实用新型采用10?100V的可调稳压电源，并设计了电压粗调和微调，以便精确研究发射电压的改变对弹体发射效果的影响；根据发射线圈的电感和电阻，设计储能电容器组合，使用者利用电容器的串并联改变电容值，研究电容值的改变(即发射电路状态的改变)对弹体发射效果的影响。本实用新型为了研究弹体初始位置对弹体发射效果的影响，设计了一个带导轨、可二维移动的直接，带动细杆在水平面上相互垂直的两个方向上二维移动，方便将弹体准确安放到发射管的指定位置；同时设计一系列直径相同、长度不同的柱状软铁弹体，使用者可通过更换弹体，研究弹体长度对弹体发射效果的影响。本实用新型的控制系统能控制储能电容器的充电并指示电源电压、充电电压，指示发射电压并控制弹体的发射，同时指示系统所处的状态。本实用新型的测量系统，由存储式数字计时计数器和安装在发射支架上的光电门组成，用来测量弹体通过距离固定的两个光电门的时间间隔，从而准确有效的测出弹体离开发射线圈时的速度。
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型结构示意图；
[0016]图2是本实用新型电路连接示意图；
[0017]图3是本实用新型电源系统电路图；
[0018]图4是本实用新型控制系统电路图
[0019]其中，1-发射线圈，2-标尺，3-弹体，4-推杆，5-滑块，6_导轨，7_发射管，8_第一光电门，9-第二光电门，10-测量系统，11-骨架，12-滑轨，13-滑板，14-底座，15-安装平台，16-发射线圈插座，17-信号输出插座，18-滑槽。