振动模型振动数据采集器、演示仪、演示方法
【专利摘要】振动模型振动数据采集器、演示仪、演示方法。本发明公开一种振动模型演示仪，包括振子演示器，振子演示器包括振子和悬空支撑振子的定位器，还包括采集器、控制器和显示器，采集器包括沿着振子运动轨迹布设且能采集振子实时位置信息的光电开关组；控制器根据光电开关组的输出生成振动数据；显示器演示控制器的振动数据。本发明还公开一种振动模型振动数据采集器，以及振动模型演示方法。本发明在振子演示器产生振动的同时，通过采集器采集振子实时位置信息，通过控制器生成振动数据，最终在显示器上同步演示振动数据，由于采集器采用光电开关组实现，能够提高振动数据与振动轨迹的仿真度，且实现起来也较为简便可行。
【专利说明】振动模型振动数据采集器、演示仪、演示方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种振动模型，特别是涉及一种能将振动物理量与振动模型同步演示的仪器及方法。
【背景技术】
[0002]目前实验室里振动模型产生的振动图像由于周期较小，观察难度大，周期、振幅、能量变化的规律很难把握。虽然也有将一些仪器能通过绘图方式将振动图像与振动模型同步演示出来，但是振动图像多与振动模型的振动轨迹不相符，数据失真较大，且实现起来也较为复杂。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种既能提高仿真度又易于实现的振动模型演示仪。
[0004]本发明的目的在于还提供一种既能提高仿真度又易于实现的振动模型振动数据采集器，以及振动模型演示方法。
[0005]为了达成上述目的，本发明的解决方案是:
[0006]一种振动模型演示仪，包括振子演示器，振子演示器包括振子和悬空支撑振子的定位器，还包括采集器、控制器和显示器，采集器包括沿着振子运动轨迹布设且能采集振子实时位置信息的光电开关组；控制器根据光电开关组的输出生成振动数据；显示器演示控制器的振动数据。
[0007]所述振子上设有能改变所述光电开关组的输出信号的挡片。
[0008]所述定位器包括第一支架、第二支架和第三支架，所述振子悬空定位于第一支架、第二支架和第三支架之间，且能在重力作用下自由振动。
[0009]所述振子沿着水平方向、垂直方向运动。
[0010]所述振子沿着直线或者曲线运动。
[0011]所述光电开关组以所述振子振动的平衡点对称布设。
[0012]所述光电开关组包括24个光电开关，且所述振子在光电开关组之间的最大振动的摆角小于或者等于5°。
[0013]所述振动数据包括振动图像以及振动图像的周期和/或振幅和/或能量和/或实时位移。
[0014]一种振动模型振动数据采集器，包括U型槽，以及对应电连接的光电开关组和检测电路，光电开关组包括多个光电开关，多个光电开关布设在U型槽的两侧槽壁上，从而在U型槽的两侧槽壁之间成为采集振动数据的通道。
[0015]一种振动模型演示方法，当振子产生振动时，光电开关组随着振子的振动轨迹产生相应的光电信号，控制器根据该光电开关组的输出生成振动数据，并演示在显示器上。
[0016]采用上述结构后，本发明的振动模型演示仪具有以下有益效果:
[0017]一、在振子演示器产生振动的同时，通过采集器采集振子实时位置信息，通过控制器生成振动数据，最终在显示器上同步演示振动数据，由于采集器采用光电开关组实现，能够提高振动数据与振动轨迹的仿真度，且实现起来也较为简便可行。
[0018]二、通过直观地演示振动图像和振动图像的周期振幅等相关物理量这些振动数据，能够清晰地认识振动的规律，有利于探究把握包括振动图像内的参数及运动规律。
[0019]采用上述结构后，本发明的振动模型振动数据采集器具有以下有益效果:在振子产生振动的同时，通过光电开关组采集振子实时位置信息，能够提振动轨迹的仿真度，且实现起来也较为简便可行。
[0020]采用上述结构后，本发明的振动模型演示方法具有以下有益效果:在振子产生振动的同时，通过光电开关组采集振子实时位置信息，通过控制器生成振动数据，最终在显示器上同步演示振动数据，由于采集器采用光电开关组实现，能够提高振动数据与振动轨迹的仿真度，且实现起来也较为简便可行。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明的振动模型演示仪的结构示意图。
[0022]图中:
[0023]振子演示器I振子11
[0024]定位器 12第一支架 121
[0025]第二支架 122第三支架 123
[0026]弹簧丝 13挡片14
[0027]采集器 2控制器3
[0028]显示器 4
【具体实施方式】
[0029]为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
[0030]如图1所示，本发明的振动模型演示仪，包括振子演示器1、采集器2、控制器3和显示器4。
[0031]振子演示器I包括振子11和定位器12。定位器12包括第一支架121、第二支架122和第三支架123，振子11通过弹簧丝13悬空定位于第一支架121、第二支架122和第三支架123之间，且能在重力作用下自由振动。具体而言，第一支架121采用悬臂结构，第二支架122和第三支架123对称位于第一支架121的左右两侧，振子11通过钢丝悬挂于第一支架121上，且通过两根弹簧丝13分别固定在第二支架122和第三支架123之间。这样，向一侧稍用力拉动振子11，振子11即能沿着近似水平线的方向自由振动。振子11的底部向下凸设有挡片14，当振子11自由振动时，挡片14能改变下述的光电开关组的输出信号。
[0032]采集器2包括光电开关组和检测电路，光电开关组包括多个光电开关，每个光电开关分别包括发送器和接收器，发送器和接收器对应设置，并与检测电路对应连接。光电开关组沿着振子11的振动轨迹布设，较佳地，光电开关组以振子11振动的平衡点对称布设在U型槽的两侧槽壁上。振子11在光电开关组之间的最大振动的摆角小于或者等于5°，这样振子11的振动轨迹接近直线。光电开关组可采用24个光电开关，能够提高仿真度。
[0033]当振子11在光电开关组的上方沿着光电开关组自由振动时，挡片14插在发送器和接收器之间且随着振子11 一起运动。发送器能发出红外光或可见光，在无阻情况下接收器能收到光。但当挡片14从U型槽中通过时，光被遮挡，光电开关组便动作，输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，由同步回路选通电路，从而完成一次控制动作。通过挡片14对光束的遮挡，从而获得挡片14也就是振子11的运动轨迹。
[0034]另外，振子11的自由运动轨迹还可如下设定:振子11通过3根弹簧丝13悬挂于第一支架121上、第二支架122和第三支架123之间。沿着垂直方向或者任意倾斜方向设定光电开关组、U型槽，挡片14插在U型槽中，沿着U型槽的延伸方向拉动振子11即可。U型槽设定成曲型的，则振子11可沿着曲型的U型槽运动。
[0035]控制器3采用单片机，通过单片机的定时器TO每1ms读取一次光电开关组的信息，找出被遮挡的光电开关，从而判断振子11此时所处位置，生成相应的振动数据并输出至显示器。振动数据包括振动图像和/或振动图像对应的周期和/或振幅和/或能量和/或实时位移。
[0036]显示器4采用电脑、手机、Ipad等电子终端，接收控制器3输出的振动数据，并以图像、曲线、表格、声音、振动等方式静态演示或动态演示振动数据，如振子的周期、频率、振幅、实时位移等数据。
[0037]本发明能实时采集振子的坐标位置，并在显示器4上同步显示。与电脑课件相比，结果更真实、可靠，及时捕捉实验中存在的数据和它们的关联，使实验者易于学习新知识，探索科学规律，使实验者感受真实的物理情景，并快速找出规律，使物理课堂成为学生科学探索的园地，而不再是理想化结果的被动接收。
[0038]上述实施例和附图并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属【技术领域】的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。
【权利要求】
1.一种振动模型演示仪，包括振子演示器，振子演示器包括振子和悬空支撑振子的定位器，其特征在于:还包括采集器、控制器和显示器，采集器包括沿着振子运动轨迹布设且能采集振子实时位置信息的光电开关组；控制器根据光电开关组的输出生成振动数据；显示器演示控制器的振动数据。
2.如权利要求1所述的振动模型演示仪，其特征在于:所述振子上设有能改变所述光电开关组的输出信号的挡片。
3.如权利要求1所述的振动模型演示仪，其特征在于:所述定位器包括第一支架、第二支架和第三支架，所述振子悬空定位于第一支架、第二支架和第三支架之间，且能在重力作用下自由振动。
4.如权利要求3所述的振动模型演示仪，其特征在于:所述振子沿着水平方向、垂直方向运动。
5.如权利要求3所述的振动模型演示仪，其特征在于:所述振子沿着直线或者曲线运动。
6.如权利要求1所述的振动模型演示仪，其特征在于:所述光电开关组以所述振子振动的平衡点对称布设。
7.如权利要求1所述的振动模型演示仪，其特征在于:所述光电开关组包括24个光电开关，且所述振子在光电开关组之间的最大振动的摆角小于或者等于5°。
8.如权利要求1所述的振动模型演示仪，其特征在于:所述振动数据包括振动图像以及振动图像的周期和/或振幅和/或能量和/或实时位移。
9.一种振动模型振动数据采集器，其特征在于:包括U型槽，以及对应电连接的光电开关组和检测电路，光电开关组包括多个光电开关，多个光电开关布设在U型槽的两侧槽壁上，从而在U型槽的两侧槽壁之间成为采集振动数据的通道。
10.一种振动模型演示方法，其特征在于:当振子产生振动时，光电开关组随着振子的振动轨迹产生相应的光电信号，控制器根据该光电开关组的输出生成振动数据，并演不在显示器上。
【文档编号】G09B23/10GK104392643SQ201410650574
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月14日 优先权日:2014年11月14日
【发明者】杨利, 陈思鑫, 刘恒霖, 刘榕 申请人:福建省泉州市第七中学