专利名称：正弦曲线演示仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种曲线演示装置，具体涉及一种正弦曲线演示仪。
背景技术：
正弦曲线演示仪是为青少年学生了解正弦曲线图形绘制原理而设计的一种演示仪器。目前，现有的结构是采用纵横两杆垂直相接，横杆较长端垂直地面固定磁性笔。横杆较短端通过做旋转运动的圆盘上的曲柄带动横杆沿两个平行的纵杆做直线往复运动，它通过将匀速的圆周运动在纵向上的投影运动与横向上的匀速运动合成，而形成于光磁平面的正弦曲线。该仪器工作时，磁笔在底面显示平面上“画”出正弦曲线，选用电磁方式显示，观众可以动手摇动手柄来绘制正弦曲线。其缺点是电机带动的横向匀速运动的距离是一定的，每次当绘制出一个完整的正弦曲线时，则停止电机，并使电机反转，将显示平板沿原路径退回至初始位置；且磁性图板每次要刷新一次，此时可以再进行下一次绘制正弦曲线，难以实现变周期正弦曲线绘制。
发明内容针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种正弦曲线演示仪，通过自动或手动绘制不同周期变化的正弦曲线。本实用新型的技术方案是:一种正弦曲线演示仪，包括演示平台外壳、演示平台框架、电子显示屏、圆盘、绘图笔、横向滑块、第一纵向滑块、第二纵向滑块、横杆、第一纵向滑轨、第二纵向滑轨和手动摇柄；所述演示平台外壳罩在演示平台框架外；所述电子显示屏、圆盘、横向滑块、第一纵向滑块、第二纵向滑块、横杆、第一纵向滑轨和第二纵向滑轨均安装在演示平台外壳上表面，手动摇柄安装在演示平台外壳侧壁；圆盘、横向滑块、第一纵向滑块、第二纵向滑块、横杆、第一纵向滑轨和第二纵向滑轨位于电子显不屏的一侧；第一纵向滑轨和第二纵向滑轨上分别套有第一纵向滑块和第二纵向滑块；第一纵向滑轨的两端通过纵向滑轨支座固定在演示平台外壳上表面，第二纵向滑轨平行于第一纵向滑轨，且通过纵向滑轨支座固定在演示平台外壳上表面；横杆上套有横向滑块，且横杆的两端分别连接第一纵向滑块和第二纵向滑块；第二纵向滑块连接绘图笔，绘图笔置于电子显示屏上方；圆盘位于第一纵向滑轨和第二纵向滑轨之间，横向滑块通过曲柄与圆盘中心连接；演示平台框架内设置有减速机、步进电机、转动轴、自动电磁离合器、手动电磁离合器、第一传动带、第二传动带和转速传感器；步进电机固定连接在演示平台框架内与减速机相对的一侧；[0016]自动电磁离合器上端通过转动轴与圆盘中心连接,步进电机的输出轴通过第一传动带与自动电磁离合器连接，转动轴下端连接转速传感器；手动电磁离合器安装到减速机下方，且手动电磁离合器通过第二传动带与转动轴连接；所述正弦曲线演示仪还设置有单板机和驱动器，单板机分别与电子显示屏、转速传感器、驱动器相连，驱动器与步进电机相连。所述转动轴与圆盘底部中心的连接处通过第一轴承座固定在演示平台框架上，转动轴与自动电磁离合器上端的连接处通过第二轴承座固定在演示平台框架上。所述演示平台外壳侧面安装有手动/自动转换旋钮和启动按钮；手动/自动转换旋钮与单板机相连，且该旋钮与接触器线圈的一端相连，接触器线圈的另一端与自动电磁离合器线圈一端相连，自动电磁离合器线圈另一端与安全继电器线圈一端相连，安全继电器线圈另一端与转速传感器相连；手动电磁离合器线圈一端连接手动/自动转换旋钮，另一端连接转速传感器；启动按钮一端连接单板机，另一端连接转速传感器。有益效果:利用转速传感器发出的转速信号，在电子显示板上仿真绘制正弦曲线，实现数字化显示，通过手动电磁离合器和自动电磁离合器，实现分别在自动和手动状态下绘制正弦曲线。
图1是本实用新型具体实施方式
的正弦曲线原理图；图2是本实用新型具体实施方式
的正弦曲线演示仪的结构示意图；图3是本实用新型具体实施方式
的正弦曲线演示仪的机械传动部分结构示意图；图4是本实用新型具体实施方式
的正弦曲线演示仪的电气控制原理图；其中，1-演不平台外壳，2-第一纵向滑轨,3-第一纵向滑块,4-横向滑块,5-曲柄，6-圆盘，7-横杆，8-第二纵向滑块，9-第二纵向滑轨，10-绘图笔，11-电子显示屏，12-手动摇柄，13-启动按钮，14-手动/自动转换旋钮，15-第一传动带，16-转速传感器，17-自动电磁离合器，18-步进电机，19-第二轴承座，20-转动轴，21-第一轴承座，22-手动电磁离合器，23-第二传动带，24-演示平台框架，25-减速机，26-转轴，27-皮带轮，DZSl-自动电磁离合器线圈，DZS2-手动电磁离合器线圈，JY-安全继电器线圈，ZS-自动/手动转换旋钮，K-启动按钮，KM-接触器线圈，DPY-LED点阵块。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施方式做详细说明。本实施方式的正弦曲线演示仪如图2所示,包括演示平台外壳1、演示平台框架24、电子显示屏11、圆盘6、绘图笔10、横向滑块4、第一纵向滑块3、第二纵向滑块8、横杆7、第一纵向滑轨2、第二纵向滑轨9和手动摇柄12 ；本实施方式的电子显示屏采用LED点阵块，双色5.0点阵模组点间距为7.62mm，灯管封装点阵模块，模组尺寸为960 X 480mm，外形尺寸为1110 X 520 X 100mm，重量为20kg ；演示平台外壳I罩在演示平台框架24外；电子显示屏11、圆盘6、横向滑块4、第一纵向滑块3、第二纵向滑块8、横杆7、第一纵向滑轨2和第二纵向滑轨9均安装在演示平台外壳I上表面，手动摇柄12安装在演示平台外壳I侧壁；圆盘6、横向滑块4、第一纵向滑块3、第二纵向滑块8、横杆7、第一纵向滑轨2和第二纵向滑轨9位于电子显示屏11的一侧；第一纵向滑轨2和第二纵向滑轨9上分别套有第一纵向滑块3和第二纵向滑块8 ；第一纵向滑轨2的两端通过纵向滑轨支座固定在演示平台外壳I上表面，第二纵向滑轨9平行于第一纵向滑轨2，且通过纵向滑轨支座固定在演示平台外壳I上表面；横杆7上套有横向滑块4，且横杆7的两端连接第一纵向滑块3和第二纵向滑块8 ；第二纵向滑块8连接绘图笔10，绘图笔10置于电子显示屏11上方；圆盘6位于第一纵向滑轨2和第二纵向滑轨9之间，横向滑块4通过曲柄5与圆盘6中心连接；如图3所示，演示平台框架24内设置有减速机25、步进电机18、转动轴20、自动电磁离合器17、手动电磁离合器22、第一传动带15、第二传动带23和转速传感器16 ；本实施方式中，减速机25采用型号为T8-1.5:1-1-D_B3的T系列螺旋锥齿传动箱，安装孔尺寸为200X 130mm ;步进电机18采用型号为110BYG350C的三相混合式步进电机，驱动电压为AC220，线电流为5.2A，最大静转矩为18N.m，最大空载启动转速为210转/分，外形尺寸为Φ 110 X 220mm,重量为10.7kg ；自动电磁离合器17和手动电磁离合器均采用型号为DLD2-2.5 (III)的电磁离合器，额定力矩为25N.m，额定功率为20W，额定电压为24V，工作最高转速为3000rpm，外形尺寸为Φ 112 X 75mm ;转速传感器16采用型号为E6CP-AG5C的绝对式旋转编码器，电源电压为12-24V，分节避能256 (8位元)，输出码为GRAY2进制，旋转方向为CW，精度为1°C以下，步进电机18固定连接在演示平台框架24侧部，自动电磁离合器17安装在演示平台框架24内与圆盘6对应的位置，减速机25安装在演示平台框架24内与手动摇柄12对应的位置；自动电磁离合器17上端通过转动轴20与圆盘6中心连接，步进电机18的输出轴通过第一传动带15与自动电磁离合器17连接,转动轴20下端连接转速传感器16 ；手动电磁离合器22安装到减速机25下方，且手动电磁离合器22通过第二传动带23与转动轴20连接；如图4所示，正弦曲线演示仪还设置有单板机和驱动器，单板机分别与电子显示屏11、转速传感器16、驱动器相连，驱动器与步进电机18相连。转动轴20与圆盘6中心的连接处通过第一轴承座21固定在演示平台框架24上，转动轴20与自动电磁离合器17上端的连接处通过第二轴承座19固定在演示平台框架24上。演示平台外壳I侧面安装有手动/自动转换旋钮14和启动按钮13 ；手动/自动转换旋钮14与单板机相连，自动电磁离合器17与手动/自动转换旋钮14之间设置有接触器，手动/自动转换旋钮14与接触器线圈的一端相连，接触器线圈的另一端与自动电磁离合器线圈一端相连，自动电磁离合器线圈另一端与安全继电器线圈一端相连，安全继电器线圈另一端与转速传感器相连；手动电磁离合器线圈一端连接手动/自动转换旋钮14，另一端连接转速传感器16 ;启动按钮一端连接单板机，另一端连接转速传感器16。本实施方式的工作流程如下:首先，按下启动按钮K，接通电源，系统处于上电状态，安全继电器线圈JY通电，单板机、DPY-LED点阵块、转速传感器和控制器处于工作状态。其次，通过旋转手动/自动转换旋钮,进行自动状态/手动操作状态转换；电磁离合器和皮带轮是一体式的，手动电磁离合器联结手动摇柄-圆盘的传动，自动电磁离合器联结步进电机-圆盘的传动。若选择向左侧旋转即进入自动状态(常闭)，自动电磁离合器吸合而手动电磁离合器脱开，自动电磁离合器线圈DZSl和接触器线圈KM通电，手动电磁离合器线圈DZS2断电，手动控制电路处于断开状态，通过单板机控制步进电机，实现自动运行，通过步进电机-传动带-自动电磁离合器-转动轴，带动圆盘转动，以不同转速绘制不同周期变化的正弦曲线；若选择向右侧旋转即进入手动状态(常开)，手动电磁离合器吸合而自动电磁离合器脱开，手动电磁离合器线圈DZS2通电，自动电磁离合器线圈DZSl断电，自动控制电路处于断开状态，通过手动摇柄操作运行，通过减速机-手动电磁离合器-第二传动带-转动轴，带动圆盘转动，以不同转速绘制不同周期变化的正弦曲线。通过手动/自动转换旋钮ZS旋转位置控制，实现自动与手动两种状态控制回路的互锁。然后，在所选操作状态下正弦曲线演示仪控制绘图笔运动，绘制出正弦曲线，并在电子显示屏上显示。单板机将脉冲信号转化成数字信号，控制电子显示屏显示正弦曲线，即如同一支在垂直方向反复运动的绘图笔在电子板上绘制出正弦曲线一样。通过调节转轴的转速可以改变绘图笔的往复运动频率，同时相应的正弦波的周期也发生改变，即以周期T=2 Ji / ω运动；绘制正弦曲线的原理如图1所示，绘图笔的运动轨迹方程为
_r = A $in(mr + φ),即正弦曲线，其中，a—振幅，当物体作轨迹符合正弦曲线的直线
往复运动时，其值为行程的1/2 ;(οη+Φ)—相位角，Φ—初相，χ=ο时的相位，反映在坐标系上则为图像的左右移动；ω—角速度，控制正弦周期(完成2 π转角所需时间)。最后，弹起启动按钮K，则切断电源，系统处于断电状态，起到安全保护作用。
权利要求1.一种正弦曲线演示仪，其特征在于:包括演示平台外壳、演示平台框架、电子显示屏、圆盘、绘图笔、横向滑块、第一纵向滑块、第二纵向滑块、横杆、第一纵向滑轨、第二纵向滑轨和手动摇柄； 所述演示平台外壳罩在演示平台框架外； 所述电子显示屏、圆盘、横向滑块、第一纵向滑块、第二纵向滑块、横杆、第一纵向滑轨和第二纵向滑轨均安装在演示平台外壳上表面，手动摇柄安装在演示平台外壳侧壁； 圆盘、横向滑块、第一纵向滑块、第二纵向滑块、横杆、第一纵向滑轨和第二纵向滑轨位于电子显示屏的一侧； 第一纵向滑轨和第二纵向滑轨上分别套有第一纵向滑块和第二纵向滑块； 第一纵向滑轨的两端通过纵向滑轨支座固定在演示平台外壳上表面，第二纵向滑轨平行于第一纵向滑轨，且通过纵向滑轨支座固定在演示平台外壳上表面； 横杆上套有横向滑块，且横杆的两端分别连接第一纵向滑块和第二纵向滑块； 第二纵向滑块连接绘图笔，绘图笔置于电子显示屏上方； 圆盘位于第一纵向滑轨和第二纵向滑轨之间，横向滑块通过曲柄与圆盘中心连接； 演示平台框架内设置有减速机、步进电机、转动轴、自动电磁离合器、手动电磁离合器、第一传动带、第二传动带和转速传感器； 步进电机固定连接在演示平台框架内与减速机相对的一侧； 自动电磁离合器上端通过转动轴与圆盘中心连接，步进电机的输出轴通过第一传动带与自动电磁离合器连接，转动轴下端连接转速传感器； 手动电磁离合器安装到减速机下方，且手动电磁离合器通过第二传动带与转动轴连接; 所述正弦曲线演示仪还设置有单板机和驱动器，单板机分别与电子显示屏、转速传感器、驱动器相连，驱动器与步进电机相连。
2.根据权利要求1所述的正弦曲线演示仪，其特征在于:所述转动轴与圆盘底部中心的连接处通过第一轴承座固定在演示平台框架上，转动轴与自动电磁离合器上端的连接处通过第二轴承座固定在演示平台框架上。
3.根据权利要求1所述的正弦曲线演示仪，其特征在于:所述演示平台外壳侧面安装有手动/自动转换旋钮和启动按钮； 手动/自动转换旋钮与单板机相连，且该旋钮与接触器线圈的一端相连，接触器线圈的另一端与自动电磁离合器线圈一端相连，自动电磁离合器线圈另一端与安全继电器线圈一端相连，安全继电器线圈另一端与转速传感器相连；手动电磁离合器线圈一端连接手动/自动转换旋钮，另一端连接转速传感器；启动按钮一端连接单板机，另一端连接转速传感器。
专利摘要一种正弦曲线演示仪，包括演示平台外壳、演示平台框架、电子显示屏、圆盘、绘图笔、横向滑块、第一纵向滑块、第二纵向滑块、横杆、第一纵向滑轨、第二纵向滑轨和手动摇柄；演示平台框架内设置有减速机、步进电机、转动轴、自动电磁离合器、手动电磁离合器、第一传动带、第二传动带和转速传感器；步进电机固定连接在演示平台框架内与减速机相对的一侧；正弦曲线演示仪还设置有单板机和驱动器，单板机分别与电子显示屏、转速传感器、驱动器相连，驱动器与步进电机相连。本实用新型利用转速传感器发出的转速信号，在电子显示板上仿真绘制正弦曲线，实现数字化显示，通过手动电磁离合器和自动电磁离合器，实现分别在自动和手动状态下绘制正弦曲线。
文档编号G09B23/04GK202956959SQ20122063038
公开日2013年5月29日 申请日期2012年11月26日 优先权日2012年11月26日
发明者卢浩源, 李佳 申请人:卢浩源