一种概率验证装置的制作方法

本申请涉及一种教学和科研用品，尤其是涉及一种数学教学和科研用品。

背景技术：

申请人经过检索，发现一件专利201820057440.4，其简介为：“概率统计学用数学教具，包括底座、支撑架、取样管及旋转筒；旋转筒通过两侧的转轴安装于旋转座上，旋转座固定于支撑架上；旋转筒顶部与筒盖螺纹连接，筒盖上设有通孔，通孔上方设有与筒盖铰接的挡盘，挡盘通过与筒盖铰接的弹簧片限位；旋转筒内装有塑料球；取样管穿过通孔后伸入旋转筒内；旋转筒下方设有收纳盒；旋转筒右侧的旋转座和转轴上设有定位插孔，定位插孔内插有定位销；取样管的一端为喇叭孔，喇叭孔的尺寸小于通孔的尺寸。本实用新型的结构简单，设计合理，便于操作，效果直观，趣味性强，能够提高教学质量，易于在学校及教育机构大规模地推广和使用”，另外，大众比较熟悉的彩票摇号机也是一种随机概率的数字显示设备，数学是一门思维抽象的学科，教师在讲解数学定理、公式及数学理论时，通常采用板书的形式进行讲解，当讲解比较抽象的公式或定理时，学生通过板书的形式去理解公式或定理较为困难，尤其是在讲解概率论和统计学定理或例题时，学生很难消化和理解，比如在讲解概率和统计学区别的典型例题时，抽象的概念导致学生无法在短时间内理解和消化什么是概率论和统计学，极大地影响了学习质量和效率。故此，设计一种用于讲解概率论和统计学的数学教具是十分必要的，而概率能否验证，往往要很大的统计基数，并且需要多次验证，如果是人工统计，是一门非常繁琐的工作，例如，我们现在通过硬币的正反面验证概率，很多人都听说过这个例子，但是，真正愿意做相关试验的老师和学生都非常少，原因就在于统计学是一门非常繁琐和枯燥的工作，假如我们只是投10次或者20次，其结果可能与1：1相差很多，这样的结果难以让学生相信，如果需要投5000次或者是10000次，这样枯燥的工作没几个老师或者学生能够坚持，另外，假如我们改变概率的条件，那么，究竟有没有相关规律可循，现有的统计学公式能否实现，也需要试验验证，例如，我们利用10色球进行概率学的验证，假如10色球的密度和大小相同，那么，每种球的出现概率是十分之一，但是，如果是密度相同，十种球的体积比是1：1.1：1.2：1.3：1.4：1.5：1.6：1.7：1.8：1.9，每种球的出现概率又是多少，或者我们改变概率的其他条件，会不会有何种规律可循均需要大量的试验验证。

技术实现要素：

需要解决的技术问题：

1、需要解决现有的概率验证装置不能大量进行统计的问题；

2、需要解决现有的概率验证装置只能单一统计的问题；

3、需要解决现有的概率验证装置不能快速统计的问题。

技术方案：概率验证装置主要由底座1、透明罩2、扫描枪3、底板4、彩色球5、空气压缩机6、中央控制台7组成，

其特征是：概率验证装置基本构造是：底座1上放置底板4，底板4上面设置透明罩2，底座1、底板4和透明罩2共同形成罩室，罩室内放置彩色球5，气管甲接头44通过气管和气管丁接头82连接，气管乙接头21通过气管和气管丙接头81连接，气管连接器8连接空气压缩机6的出气孔的接头，空气压缩机的压缩空气通过气孔甲43和气孔乙25进入罩室，通过出气口22排出，扫描枪3、空气压缩机6与中央控制台7电连接。

所述的底座1主要由机脚11、底座沿12、底座壁13组成，底座1是一个圆环状物体加机脚11组成，底座1上侧圆环内径＞下侧圆环内径，上侧圆环和下侧圆环的过渡面就是底座沿12，上侧圆环的内表面为底座壁13，底座壁13上部分有三种构造，分别是螺纹状、旋盖状、直孔状，相应的，透明罩下壁23也分为螺纹状、旋盖状、直孔状，底座壁13下部分内径≥底板4的外径，将底板4放置在底座沿12上，再将透明罩2拧进底座壁13内或者旋进底座壁13内或者插进底座壁13内，透明罩2下部抵住底板4。

所述的透明罩2主要由气管乙接头21、出气口22、透明罩下壁23、透明罩沿24组成，气管乙接头21分布在透明罩的外侧，出气口22是透明罩上的孔，出气口22是将透明罩内的空气释放，出气口22其孔径＜彩色球5的直径，以免彩色球通过出气口22被吹出透明罩2之外，透明罩沿24外径大于透明罩下壁23外径。

所述的扫描枪3位于球室下部，扫描枪3的位置和数量与球室位置和数量对应。

所述的底板4主要由球室壁41、球室底42、气管甲接头44组成，球室壁41的内径大于彩色球5的直径，方便彩色球5进入，球室底42到底板4的上表面的高度＜彩色球5的直径，球室底42到底板4的上表面的高度≥彩色球5的直径的一半，气管甲接头44位于球室的下部，气管甲接头44的数量与球室的数量是对应的，也就是一个球室对应一个气管甲接头44，所述的球室是指球室壁41、球室底42、气孔甲43共同形成的凹进空间，球室采用透明材料制造。

中央控制台7由统计软件进行控制，统计软件由以下模块组成：

1）、编号模块：包括球室编号、彩色球5编号和扫描枪3编号，球室编号和扫描枪3编号具有对应或者相同编号关系，概率验证装置制造时，底板4标注球室编号，与球室编号对应的扫描枪3采用和球室对应的编号或相同的编号，彩色球5编号是将彩色球5的颜色代码转换成对应的编号；

2）、计数模块，彩色球5落入球室，扫描枪扫描到彩色球5颜色信息，将颜色信息传送到中央控制台7，统计软件根据传送的颜色信息转换成彩色球5编号，在原来的统计信息上添加本次统计信息；

3）、计时模块，用来精确统计出计数时的时间信息，需要此类信息时，输出在页面上，不需要计时信息时，则忽略计时信息，计时信息分为定时计时信息和不定时计时信息，如果是定时计时信息，计时模块和次数统计模块则具有对应关系，即能够忽略计时信息，不定时计时信息则是通过中央控制台7的统计软件编写时间信息，中央控制台7与变频器电连接，变频器获得中央控制台7指令，通过变频器控制空气压缩机6的出气孔的开关的控制电机，从而控制空气压缩机6的放气时间和放气时间间隔；

4），次数统计模块，用来统计计数时的次数信息，即统计出计数是哪一次进行统计的，需要次数信息时，输出在页面上，不需要次数信息时，则忽略次数信息；

5）、球室坐标信息，球室坐标信息有两种，1种为象限坐标，是以底板中心点为坐标原点0、0，以球室中心点与坐标原点对应的x和y值为坐标值，另一种球室坐标信息为设定坐标，将最左侧的球室的中心点坐标定义为0，a，最下侧的球室的中心点坐标定义为b，0，这样，所有的球室的中心点坐标均为a，b，a、b≥0，输入时输入其中的一种坐标值，球室坐标信息是底板制造时的参数之一，需要球室坐标信息时，将球室坐标信息输入对应的球室之中；

6）、球室深度信息，球室深度是指底板4上表面到球室底42的深度，球室深度信息是底板4制造时的参数之一，需要球室深度信息时，将球室深度信息输入对应的球室之中；

7）、球室内径信息，球室内径是指球室壁41的内径，球室内径信息是底板制造时的参数之一，需要球室内径信息时，将球室内径信息输入对应的球室之中；

8）、彩色球重量信息，彩色球重量信息是彩色球制造时的参数之一，需要彩色球重量信息时，将彩色球重量信息输入到对应的彩色球之中；

9）、彩色球直径信息，彩色球直径信息是彩色球制造时的参数之一，需要彩色球直径信息时，将彩色球直径信息输入到对应的彩色球之中；

10）、椭圆彩色球长轴和短轴信息，椭圆彩色球长轴和短轴信息是椭圆彩色球制造时的参数之一，需要椭圆彩色球长轴和短轴信息时，将椭圆彩色球长轴和短轴信息输入到对应的椭圆彩色球之中；

11）、气压信息，对不同的球室采用不同压强的气体时，需要安装气压表，将气压信息输入到统计软件中，气压信息分为储气罐气压信息、气管连接器8气压信息、气孔甲43气压信息和气孔乙250气压信息，储气罐气压信息通过空气压缩机6的气压表读取，气管连接器8气压信息、气孔甲43气压信息和气孔乙25气压信息都需要通过对应的气压表读取，气孔甲43对应的气压表编号与对应的球室有对应关系或者是相同编号，管路设计关系是，气管连接器8连接到空气压缩机6时，是开关在气压表之前，同理，气管乙接头21连接到气管丙接头81，气管甲接头44连接到气管丁接头82时，也是开关在气压表之前，所述的前后以空气压缩机6方向为前方，罩室为后方。

统计软件有空气压缩机6控制模块，空气压缩机6控制模块通过设定压缩空气的放气时间、放气间隔时间和放气次数，也就是利用中央控制台7，控制空气压缩机6出气口的开关，从而控制空气压缩机的放气时间、放气时间间隔、放气次数。

有益效果：概率验证装置利用压缩空气和球室，利用彩色球落入球室的方法进行统计，由于球室和彩色球的数量均可以自行设计，这样，一次就能完成多项数据的验证，能够提高验证效率，减少验证的时间，利用扫描枪和计算机软件控制，能够快速的获得各种类型的统计试验的数据和结果，方便教学和科研使用。

附图说明

附图1是概率验证装置原理示意图；

附图2是概率验证装置原理示意图；

附图3是底板、底座和彩色球结构示意图；

附图4是底板结构示意图；

附图5是底板结构示意图；

附图6是底座结构示意图；

附图7是透明罩结构示意图

附图8是气管连接器结构示意图。

图中，1是底座，2是透明罩，3是扫描枪，4是底板，5是彩色球，6是空气压缩机，7是中央控制台，8是气管连接器，41是球室壁，42是球室底，43是气孔甲，44是气管甲接头，11是机脚，12是底座沿，13是底座壁，21是气管乙接头，22是出气口，23是透明罩下壁，24是透明罩沿，25是气孔乙，81是气管丙接头，82是气管丁接头。

具体实施方式

申请人参照附图予以说明本申请的具体实施方式：

概率验证装置主要由底座1、透明罩2、扫描枪3、底板4、彩色球5、空气压缩机6、中央控制台7组成。

概率验证装置基本构造是：底座1上放置底板4，底板4上面设置透明罩2，底座1、底板4和透明罩2共同形成罩室，罩室内放置彩色球5，气管甲接头44通过气管和气管丁接头82连接，气管乙接头21通过气管和气管丙接头81连接，气管连接器8连接空气压缩机6的出气孔的接头，空气压缩机的压缩空气通过气孔甲43和气孔乙25进入罩室，通过出气口22排出。

扫描枪3位于球室下部，扫描枪3的位置和数量与球室位置和数量对应，扫描枪3和空气压缩机6与中央控制台7电连接，中央控制台7有统计软件，并且控制空气压缩机6的出气孔的开关的开关时间间隔、放气时间与放气次数，统计软件是接收扫描枪传送的扫描信息，并将接收的扫描信息转换成彩色球5信息之后进行统计，统计计算中需要的参数不能直接获取的，由生产厂家提供并标注，再由操作人员输入，具体构造是：

底座1主要由机脚11、底座沿12、底座壁13组成，底座1是一个圆环状物体加机脚11组成，其上侧圆环内径＞下侧圆环内径，上侧圆环和下侧圆环的过渡面就是底座沿12，上侧圆环的内表面就是底座壁13，底座壁13上部分有3种构造，分别是旋盖状、螺纹状和直孔状，相应的，透明罩下壁23也分为旋盖状、螺纹状和直孔状，底座壁13下部分内径≥底板4的外径，这样，将底板4放置在底座沿12上，再将透明罩2拧进底座壁13内或者插进底座壁13内，透明罩2下部抵住底板4，底座1、底板4和透明罩2共同形成罩室，罩室内放置彩色球5，底座壁13和透明罩下壁23分为旋盖状、螺纹状和直孔状是基于不同的需要，例如，需要频繁的更换彩色球5，而罩室内气压相对稳定，此时采用直孔状构造，操作人员只要提起透明罩，就能实现，如果是罩室内气压不稳定，例如，测试气压大小对统计学数据的影响，此时，气压不断变化，采用直孔状，有可能造成透明罩2脱出底座1，采用螺纹状可以防止透明罩2脱出底座1。

透明罩2主要由气管乙接头21、出气口22、透明罩下壁23、透明罩沿24组成，气管乙接头21分布在透明罩的外侧，气管乙接头21用来连接气管，气管与气管连接器8连接，通过空气压缩机向透明罩2内吹入空气，出气口22是透明罩上的孔，出气口22是将透明罩内的空气释放，出气口22其孔径＜彩色球5的直径，以免彩色球通过出气口22被吹出透明罩2之外，透明罩沿24外径大于透明罩下壁23外径。

底板4主要由球室壁41、球室底42、气孔43、气管甲接头44组成，球室壁41的内径大于彩色球5的直径，方便彩色球5进入，球室底42到底板4的上表面的高度＜彩色球5的直径，但是，球室底42到底板4的上表面的高度≥彩色球5的直径的一半，气孔43位于球室的下部，气管甲接头44用来连接气管，气管另一头连接气管连接器8，气管甲接头44的数量与球室的数量是对应的，也就是一个球室对应一个气管甲接头44，所述的球室是指球室壁41、球室底42、气孔43共同形成的凹进空间。

由于扫描枪需要扫描到球室内的彩色球，因此，球室采用透明材料制造。

中央控制台有统计软件进行控制，统计软件由以下模块组成：

1）、编号模块：球室编号、彩色球编号和扫描枪3编号，球室编号和扫描枪3编号具有对应或者相同编号关系，一种简单的编号规则是，概率验证装置制造时，底板4标注球室编号，与球室编号对应的扫描枪3采用和球室对应的编号或相同的编号，例如一号球室、一号扫描枪，二号球室，二号扫描枪，彩色球编号是将彩色球的颜色代码转换成对应的编号，由于扫描枪识别颜色时本身存在一定的误差，加之彩色球的彩色通常是采用cmyk颜色调制的，而扫描枪为rgb设备，因此，要求不同的彩色球其色差明显，防止扫描枪误判颜色，如果要求彩色球种类比较多，需要采用两色球或者三色球，例如，采用红色、绿色、黄色配制彩色球，那么，就可以采用单一黄色，单一红色，单一绿色，红黄色，红绿色，黄绿色，红黄绿色，这样，就获得了7种颜色的彩色球，将这七种颜色的彩色球进行编号，例如编号成1号球、2号球、3号球、4号球、5号球、6号球、7号球、彩色球本身在制造时有编号，本申请与彩票摇号机不同的是，由于需要大量的数据统计，采用扫描二维码或者是数字的方案时，存在着比较大的迟滞时间，容易出现扫描错误，而且，扫描枪的位置需要固定，但是，二维码或者是数字需要多处标记，以供扫描枪扫描，快速扫描时缺点比较明显，采用颜色扫描，信息相对单一，能够提高扫描速度，此外，还有一点，放置的彩色球并不是必须保证唯一性，只是要求编号一致的彩色球其物理信息一致即可，例如，现在在罩室内放入10个球，这10个球的编号并不要求编号必须是不同的，例如，有两个2号球，这两个2号球的要求就是密度相同、体积相同、质量相同、颜色信息相同，扫描枪3依据颜色信息，就会将这两个2号球都识别为2号球，这么处理的好处就是，假如球室是20个，现在要进行1到5号球的验证，就可以将每号球都装进4个，这样，在相同的时间内就获得了更多的验证次数或者在要求验证次数一定的情况下，能够减少验证时间。

2）、计数模块，彩色球5掉入球室，扫描枪扫描到颜色信息，将颜色信息传送到中央控制台，统计软件根据传送的颜色信息转换成彩色球编号，在原来的统计信息上添加本次统计信息。

3）、计时模块，用来精确统计出计数时的时间信息，需要此类信息时，输出在页面上，不需要计时信息时，则忽略计时信息，需要说明的是，计时信息分为定时计时信息和不定时计时信息，如果是定时计时信息，那么，此时，计时模块和次数统计模块则具有对应关系，即能够忽略计时信息，不定时则是通过中央控制台7的统计软件编写时间信息，中央控制台与变频器电连接，变频器获得中央控制台7指令，通过变频器控制空气压缩机6的出气孔的开关的控制电机，从而控制空气压缩机6的放气时间和放气时间间隔，说明一点的是，空气压缩机6与中央控制台7电连接并非指中央控制台7控制空气压缩机6的主电机，因为空气压缩机6的主电机在达到一定压强时自动停机，并不需要中央控制台7控制。

4），次数统计模块，用来统计计数时的次数信息，即统计出计数是哪一次进行统计的，需要次数信息时，输出在页面上，不需要次数信息时，则忽略次数信息。

5）、球室坐标信息，球室坐标信息有两种，1种为象限坐标，是以底板中心点为坐标原点（0、0），以球室中心点与坐标原点对应的x和y值为坐标值，但是，象限坐标表示法的缺点是坐标值有负数，后续运算时程序编写难度增加了，优点是明确区分了4个象限，另一种球室坐标信息为设定坐标，即将最左侧的球室的中心点坐标定义为（0，a），最下侧的球室的中心点坐标定义为（b，0），这样，所有的球室的中心点坐标均为（a，b），a、b≥0，球室坐标信息是底板制造时的参数之一，需要球室坐标信息时，将坐标信息输入对应的球室之中。

6）、球室深度信息，球室深度是指底板上表面到球室底42的深度，球室深度信息是底板4制造时的参数之一，需要球室深度信息时，将球室深度信息输入对应的球室之中，球室深度信息通常是球室深度信息深浅不一时需要提供。

7）、球室内径信息，球室内径是指球室壁41的内径，球室内径信息是底板制造时的参数之一，需要球室内径信息时，将球室内径信息输入对应的球室之中，球室内径信息通常是球室内径信息不一时需要提供。

8）、彩色球重量信息，彩色球重量信息是彩色球制造时的参数之一，需要彩色球重量信息时，将彩色球重量信息输入到对应的彩色球之中，彩色球重量信息通常是彩色球重量信息不一时需要提供。

9）、彩色球直径信息，彩色球直径信息是彩色球制造时的参数之一，需要彩色球直径信息时，将彩色球直径信息输入到对应的彩色球之中，彩色球直径信息通常是彩色球直径信息不一时需要提供。

10）、椭圆彩色球长轴和短轴信息，椭圆彩色球长轴和短轴信息是椭圆彩色球制造时的参数之一，需要椭圆彩色球长轴和短轴信息时，将椭圆彩色球长轴和短轴信息输入到对应的椭圆彩色球之中。

11）、气压信息，对不同的球室采用不同压强的气体时，需要安装气压表，将气压信息输入对应的球室之中，气压信息分为储气罐气压信息、气管连接器8气压信息、气孔甲43气压信息和气孔乙25气压信息，储气罐气压信息通过空气压缩机6的气压表读取，气管连接器8气压信息、气孔甲43气压信息和气孔乙25气压信息都需要通过对应的气压表读取，需要说明的是，气孔甲43对应的气压表编号与对应的球室有对应关系或者有相同关系，例如，1号球室对应1号气压表，还有一点，管路设计关系是，气管连接器8连接到空气压缩机6时，是开关在气压表之前，同理，气管乙接头21连接到气管丙接头81，气管甲接头44连接到气管丁接头82时，也是开关在气压表之前，所述的前后以空气压缩机方向为前方，罩室为后方，这与通常的气压表管路设计是相反的。

空气压缩机控制，统计软件有空气压缩机控制模块，空气压缩机控制模块通过设定压缩空气的放气时间，放气间隔时间和放气次数，也就是利用中央控制台7，控制空气压缩机出气口的开关，空气压缩机出气口的开关经过一定的时间间隔打开，每次打开多少时间，需要打开多少次，例如，输入（5，10，2000）三个参数，第1个参数为间隔时间5秒，第二个参数为放气时间10秒，第3个参数为放气次数2000次，一个实施例为利用电磁继电器，中央控制台的主板每隔5秒向电磁继电器发出指令，电磁继电器闭合，将压缩机出气口的开关打开，隔10秒之后电磁继电器断开，压缩机出气口的开关关闭，循环进行，此类技术为公知技术。

第2个实施例为利用变频器，变频器控制的是空气压缩机6的出气孔的开关的控制电机，通过变频器能够实现定时和不定式控制空气压缩机6的出气孔的开关的控制电机的开关，从而控制压缩空气的放气时间，放气间隔时间和放气次数，变频器是公知技术。

统计信息，通过各种条件统计球室掉入的彩色球，并利用算法算出各种统计条件下的概率值。

实施例1、实施例1为最基本的概率学统计，采用单色球，扫描枪扫描到有球进入球室，即统计一次，最后将结果汇总，例如，单色球为6个或者虽然是彩色球，但不统计其颜色信息，现在有10个球室，也就是每次有四个球室为空，最终统计看是不是每个球室统计的信息接近相同。

实施例2，采用彩色球，扫描枪扫描到有球进入球室，即统计一次，最后将结果汇总，例如，现在有10个球室，6个彩色球，也就是每次有四个球室为空，最终统计看是不是每个球室每种彩色球统计的数值接近相同，此例中，因为存在着60种统计数，就需要相对庞大的统计基数，否则，结果相差就比较大，以间隔时间5秒，放气时间10秒，放气次数2000次为例，需要该装置工作8小时20分钟，理论上，每色球在每个球室出现的机会为200次，假如需要理论上每色球在每个球室出现的机会为2000次，则该装置需要工作83小时20分钟。

实施例3，将球室壁的内径不采用统一的标准，坐标值也不再采用圆周阵列、线形阵列等，而是随机排布，在6个彩色球，10个球室的情况下，理论上，球室壁的内径偏大的比球室壁的内径偏小的有优势，可能获得更多的彩色球，但是，实际情况如何，或者获得更多的彩色球与球室壁的内径值有没有一种量化的几何关系，就需要大量的统计学数据了。

实施例4，球室与球室之间的距离偏大时，有可能导致部分彩色球不会落入球室，该试验验证时有几个要点，即球室数量和彩色球数量相同，并且彩色球编号不相同，球室与球室之间的距离宽窄不一，扫描枪换成摄像机或者相机，安装在透明罩上，通过定时拍摄罩室，将图片编号设定为拍摄的次序数，利用人工统计没有落入球室的彩色球的编号，彩色球位置等信息。

本申请在于，利用压缩空气吹动彩色球，压缩空气停止吹动，则彩色球落入球室，只要将压缩空气的吹动方向不设定规律，则产生随机性，再就是球室的数量能够依需要设定，这样，一次就能完成多个彩色球落入球室的概率学验证，适用于要求统计基数高的概率学验证的教学或科研，另外，采用吹起，落下的基本原理，装置简单，也能够缩短单次验证的时间，因为彩色球始终都在罩室内，例如，现在需要验证黑白两色球的概率，那么，按照彩票摇号机的原理，则是一次出现一个白球或黑球，如果需要验证10000次，则需要彩票摇号机动作10000次，采用本申请，利用20个球室，只需要500次即可验证。