弦振动实验装置的制作方法

本实用新型涉及物理实验教学领域，特别涉及一种弦振动实验装置。

背景技术：

力、热、声、光、电等各领域都普遍存在着各种形式的振动或波动，虽然它们有着本质上的不同，但形式上有着相同的规律。实验教学中常通过研究弦线的机械振动和机械波来理解振动和波的规律及特性。研究弦振动的实验都需要有施力系统和测力系统对弦线施加一定的张力并能读取该张力大小。

然而，现有技术中的实验装置大多采用“定滑轮+砝码”或“张力杆+砝码”的方式来对弦线施加张力，这些方式均增加了中间装置(即定滑轮或张力杆)，从而使得水平方向的弦线的张力借由竖直方向的砝码重力产生。由于砝码托盘的挂钩尺寸往往大于导轨或底座的高度，因此，采用上述两种方式的实验装置均只能摆放在实验桌的边缘且伸出一部分以便挂砝码。

因此，这种摆放方式可能会对实验装置及周边人员均存在安全隐患，例如，一旦有人路过桌子边缘不小心碰倒实验装置，那么将极易造成实验装置的损坏以及人身伤害。此外，挂砝码的加力方式，加力值离散，且砝码的晃动会造成加力值不稳定。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种弦振动实验装置，以解决现有技术中的弦振动实验装置需要放置在桌子边缘，采用诸如挂砝码等的加力结构占用的空间大，且具有安全隐患、加力不连续等问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种弦振动实验装置，包括支架、弦线、第一支撑件、第二支撑件、拉力传感器和旋转式拉力调节部，所述第一支撑件和第二支撑件间隔地安装在所述支架上，且所述第一支撑件和第二支撑件沿由所述支架的第一端至所述支架的第二端的方向依次设置；所述弦线的第一端与所述支架的第一端连接，所述弦线的第二端与所述拉力传感器的一端连接，所述拉力传感器的另一端通过所述旋转式拉力调节部安装在所述支架的第二端，且所述弦线支撑在所述第一支撑件和第二支撑件上，所述旋转式拉力调节部的施力方向与所述弦线的位于所述第一支撑件与所述第二支撑件之间的那部分的延伸方向平行或重合。

优选地，所述支架包括刚性导轨、第一挡板和第二挡板，所述第一挡板与所述刚性导轨的第一端固定连接，所述第二挡板与所述刚性导轨的第二端固定连接，所述弦线与所述第一挡板连接，所述旋转式拉力调节部安装在所述第二挡板上，所述第一支撑件和第二支撑件安装在所述刚性导轨上。

优选地，所述第一挡板上开设有安装缝隙，所述弦线的第一端卡在所述安装缝隙内。

优选地，所述第二挡板上开设有腰形孔，所述旋转式拉力调节部安装在所述腰形孔处。

优选地，所述弦振动实验装置还包括调节板，所述弦线的第二端通过所述调节板与所述拉力传感器的所述一端连接。

优选地，所述调节板上开设有安装缝隙，所述弦线的第二端卡在所述安装缝隙内。

优选地，所述旋转式拉力调节部为施力螺母，所述腰形孔内穿设有螺栓，所述施力螺母与所述螺栓螺纹连接。

优选地，所述弦振动实验装置还包括拉力显示设备，与所述拉力传感器连接，用于显示所述拉力传感器测得的拉力值。

优选地，所述弦振动实验装置还包括激振单元和振动检测单元，激振单元和振动检测单元位置可调地安装在所述支架上，且所述激振单元和振动检测单元位于所述第一支撑件与第二支撑件之间。

优选地，所述弦振动实验装置还包括信号源和示波器，所述信号源与所述激振单元连接，所述示波器与所述振动检测单元连接。

本实用新型可置于桌面的任意位置进行实验，减小了占用的空间，并避免了挂砝码方式只能在桌子边缘进行实验的局限性和危险性；此外，由于采用了旋转式拉力调节部作为加力系统，因此使得本实用新型原理清晰、结构紧凑、加力连续，具有结构简单的特点。

附图说明

图1是本实用新型的主视图；

图2是本实用新型的俯视图。

图中附图标记：1、弦线；2、第一支撑件；3、第二支撑件；4、拉力传感器；5、旋转式拉力调节部；6、刚性导轨；7、第一挡板；8、第二挡板；9、调节板；10、激振单元；11、振动检测单元；12、第一电缆接头；13、第二电缆接头。

具体实施方式

本实用新型提供了一种弦振动实验装置，包括支架、弦线1、第一支撑件2、第二支撑件3、拉力传感器4和旋转式拉力调节部5，所述第一支撑件2和第二支撑件3间隔地安装在所述支架上，且所述第一支撑件2和第二支撑件3沿由所述支架的第一端至所述支架的第二端的方向依次设置；所述弦线1的第一端与所述支架的第一端连接，所述弦线1的第二端与所述拉力传感器4的一端连接，所述拉力传感器4的另一端通过所述旋转式拉力调节部5安装在所述支架的第二端，且所述弦线1支撑在所述第一支撑件2和第二支撑件3上，所述旋转式拉力调节部5的施力方向与所述弦线1的位于所述第一支撑件2与所述第二支撑件3之间的那部分的延伸方向平行或重合(即旋转式拉力调节部5与弦线1之间未经中间换向装置)。优选地，第一支撑件2和第二支撑件3之间的位置是可调节的，例如可通过滑块及安装在滑块上的锁紧螺钉等方式实现位置可调。

优选地，所述弦振动实验装置还包括激振单元10和振动检测单元11，激振单元10和振动检测单元11位置可调地(例如可通过滑块及安装在滑块上的锁紧螺钉等方式实现位置可调)安装在所述支架上，且所述激振单元10和振动检测单元11位于所述第一支撑件2与第二支撑件3之间。优选地，所述弦振动实验装置还包括拉力显示设备，与所述拉力传感器4连接，用于显示所述拉力传感器4测得的拉力值。优选地，所述弦振动实验装置还包括信号源和示波器，所述信号源与所述激振单元10连接，所述示波器与所述振动检测单元11连接。信号源能产生频率、幅度连续可调的不同波形信号。

实验时，旋松旋转式拉力调节部5，移动拉力传感器4，从而使拉力传感器4与支架的第一端之间的距离能够将弦线1的第一端和第二端的端头分别与拉力传感器4与支架的第一端连接，然后，旋紧旋转式拉力调节部5。此时，拉力传感器4因受到弦线1的张力作用而产生形变，该力学形变量通过拉力传感器4的内部电路转换成电学信号输送到拉力显示设备中，再通过拉力显示设备的内部电路转换最终在拉力显示设备上显示拉力值或相关量。而拉力的大小，则可通过旋转式拉力调节部5进行调节。

在进行振动测试时，通过第一电缆接头12将信号源与激振单元10连接，并通过第二电缆接头13将示波器与振动检测单元11连接。接着，通过激振单元10将来自信号源的变化的电信号转换为同频率变化的空间磁场，弦线1受磁场作用而同频率振动；该振动沿弦线1传播形成波，在弦线1上的另一处(即振动检测单元11所在位置)，因弦线1上的一小段弦在此区域振动而扰动了该处的空间磁场，振动检测单元11将此变化的磁场信号转换为电信号送入示波器供观测。

采用本实用新型可以方便地进行下述各项实验：(1)了解波在弦线上的传播及驻波形成的条件；(2)测量弦线的共振频率与波腹数的关系；(3)测量弦线的共振频率与弦长的关系；(4)测量弦线的共振频率、传播速度与张力的关系；(5)测量弦线的共振频率、传播速度与线密度的关系。

由此可见，与现有技术相比，本实用新型的加力方向直接沿着弦线的张力方向，无中间换向装置，因此可将本实用新型置于桌面的任意位置进行实验，避免挂砝码的方式只能在桌子边缘进行实验的局限性和危险性；此外，由于采用了旋转式拉力调节部作为加力系统，因此使得本实用新型原理清晰、结构紧凑、加力连续。

进一步地，本实用新型中的测力系统拉力传感器的方式，与挂砝码的传统加力方式相比，可以避免单一的加力方向限制(砝码重力沿竖直方向)，同时也符合时代发展。

优选地，所述支架包括刚性导轨6、第一挡板7和第二挡板8，所述第一挡板7与所述刚性导轨6的第一端固定连接，所述第二挡板8与所述刚性导轨6的第二端固定连接，所述弦线1与所述第一挡板7连接，所述旋转式拉力调节部5安装在所述第二挡板8上，所述第一支撑件2和第二支撑件3安装在所述刚性导轨6上。更优选地，可在刚性导轨6上设置用于测量第一支撑件2和第二支撑件3之间间距的刻度，当然也可以采用其他方式获得二者之间的距离。

优选地，所述第一挡板7上开设有安装缝隙，所述弦线1的第一端卡在所述安装缝隙内。这样，弦线1的第一端可穿过该安装缝隙，然后在其第一端的端部安装一个限位块，以实现对弦线1的第一端的固定。

优选地，所述第二挡板8上开设有腰形孔，所述旋转式拉力调节部5安装在所述腰形孔处。优选地，所述旋转式拉力调节部5为施力螺母，所述腰形孔内穿设有螺栓，所述施力螺母与所述螺栓螺纹连接。采用施力螺母旋转加力，使得加力方式简单直观，更可方便地实现张力的连续无级调节。安装时，将螺栓穿设在腰形孔中，然后再将施力螺母与螺栓连接起来，即可方便地实现无级调节。

优选地，所述弦振动实验装置还包括调节板9，所述弦线1的第二端通过所述调节板9与所述拉力传感器4的所述一端连接。优选地，所述调节板9上开设有安装缝隙，所述弦线1的第二端卡在所述安装缝隙内。这样，弦线1的第二端可穿过该安装缝隙，然后在其第二端的端部安装一个限位块，以实现对弦线1的第二端的固定。

由于第二挡板8对旋转式拉力调节部5沿导轨方向的位移阻挡作用，以及其上的腰形孔对螺栓的防转作用，使得在旋转式拉力调节部5旋紧时，螺栓及拉力传感器4可沿刚性导轨6的长度方向连续地接近旋转式拉力调节部5，同时不断张紧弦线，对弦线1施加连续、稳定的张力，实现张力的无级调节。

综上所述，本实用新型能够直接沿着弦线张力的方向进行加力，无中间换向装置，且该加力结构占用很少的空间，使得实验装置无需放置在桌子边缘就能够进行实验，同时该实验装置能够实现连续、准确、轻松地施加张力。