一种科普教育用静电球的制作方法

本实用新型涉及科普教育用具技术领域，更具体地说，特别涉及一种科普教育用静电球。

背景技术：

静电球，于1930年代由于离子加速器的需要，vandegraff发明了新的静电产生器，它可以产生很高的电压(200kev)，因此被当作离子加速器的直流高压电源，而静电产生源则有摩擦起电，与直接加电压起电二种。

目前大多数科普馆中都拥有直接加电压起电式的静电球，用于展示科普教育，但是现有的科普用静电球都采用220v电源供电，无法做到小型化、移动化展示的目的；同时，现有的静电球都是通过开关直接开启或关闭进行展示操作，无法实现通过感受声波的方式进行自启动，从而在没有参观者时也一直处于工作状态，造成电能的浪费。鉴于此，如何提供一种低压电源工作，实现小型化、移动化的目的，同时还可以实现通过声控工作的科普教育用静电球是本领域技术人员需要解决的技术难题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种低压电源工作，实现小型化、移动化的目的，同时还可以实现通过声控工作的科普教育用静电球。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

设计一种科普教育用静电球，包括：透明玻璃球，其内充装有惰性气体；金属纤维丝，所述金属纤维丝设置在所述透明玻璃球内；高压振荡电路板，用于产生振荡电压，且所述振荡电压与所述金属纤维丝连接。

优选地，还包括竖直设置的支撑杆，所述支撑杆的上端设置在所述透明玻璃球内，下端延伸在所述透明玻璃球外。

优选地，所述金属纤维丝固接在所述支撑杆上端且设置在所述透明玻璃球的球心处。

优选地，还包括装置外壳，所述支撑杆的下端连接在所述装置外壳上，且所述高压振荡电路板设置在所述外壳内。

优选地，所述装置外壳的前侧设有：

手动拨动开关，与所述高压振荡电路板连接，用于手动开启或关闭所述高压振荡电路板来输出振荡电压；

声波传感器，与所述高压振荡电路板连接，用于通过接收的声波信号驱动所述高压振荡电路板输出振荡电压。

优选地，所述装置外壳的后侧设有电源导线，所述电源导线的一端与所述高压振荡电路板连接，用于为所述高压振荡电路板工作提供电能。

优选地，所述电源导线的一端为usb接口。

优选地，所述电源导线的输入电压为5v直流电。

优选地，所述惰性气体包括氦气、氖气、氩气、氪气、氙气中的一种或多种。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

(1)本实用新型相对于现有的静电球采用低压直流电驱动，实现小型化、移动化的目的，结构简单紧凑、合理；

(2)本实用新型可以手动拨动开关，还可以通过声控方式启动，开启方式灵活多变，从而在没有参观者时可以停止工作，达到节约能源的目的；

(3)本实用新型趣味强，科普教育用途好，具有广泛的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例所示静电球的结构示意图；

图2是本实用新型实施例所示静电球的另一结构示意图；

图3是本实用新型实施例中高压振荡电路板的电路示意图。

图中：透明玻璃球1、金属纤维丝2、高压振荡电路板3、支撑杆4、装置外壳5、手动拨动开关6、声波传感器7、电源导线8。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1-附图2所示，本实用新型实施例的一种科普教育用静电球，包括：透明玻璃球1、金属纤维丝2、高压振荡电路板3；透明玻璃球1内充装有惰性气体，金属纤维丝2设置在所述透明玻璃球1内，高压振荡电路板3用于产生振荡电压，且所述振荡电压与所述金属纤维丝2连接。

还包括竖直设置的支撑杆4、装置外壳5，所述支撑杆4的上端设置在所述透明玻璃球1内，下端延伸在所述透明玻璃球1外，所述金属纤维丝2固接在所述支撑杆4上端且设置在所述透明玻璃球1的球心处，所述支撑杆4的下端连接在所述装置外壳5上，且所述高压振荡电路板3设置在所述外壳5内，所述装置外壳5的前侧设有：手动拨动开关6、声波传感器7；手动拨动开关6与所述高压振荡电路板3连接，用于手动开启或关闭所述高压振荡电路板3来输出振荡电压；声波传感器7与所述高压振荡电路板3连接，用于通过接收的声波信号驱动所述高压振荡电路板3输出振荡电压；所述装置外壳5的后侧设有电源导线8，所述电源导线8的一端与所述高压振荡电路板3连接，用于为所述高压振荡电路板3工作提供电能；所述电源导线8的一端为usb接口；所述电源导线8的输入电压为5v直流电；所述惰性气体可以包括氦气、氖气、氩气、氪气、氙气中的一种或多种，在本实用新型实施例中选用常见的氦气。

参阅附图3并结合附图1和附图2所示，在本实用新型实施例的静电球通过电源导线8的一端为usb接口vin连接直流电vcc，其中vcc＝5v，附图3中的芯片u1可以为常见的单片机芯片，如89系列单片机等，其只要实现本实用新型实施例的功能即可，不应构成对本申请的限制。单片机u1通过串联电阻r1与vcc电源连接，附图3中的mk1为即为声波传感器7，俗称“咪头”，mk1的一端接地，另一端串联电阻r8、r1后与vcc电源连接，并联电容c3后与npn型三极管q2的基极连接，其中三极管q2的发射极接地，基极并联电阻r7，三极管q2的集电极与单片机u1的一个引脚以及电阻r6并联连接，电阻r6、电阻r7的另一端连接与电阻r1的一端连接；单片机u1的其中一个引脚串联电阻r2后与场效应管q3的g极连接，场效应管q3的s极接地，场效应管q3的d极与三角电感t1的一极连接，三角电感t1的另一极输出12v直流电。同时，在本实用新型实施例中，手动拨动开关6即为附图3中的开关s1，开关s1的三个引脚分别与地、单片机u1的一个引脚以及高电压连接，最后，12v的输出端与金属纤维丝2连接。

本实用新型实施例外加5v直流电，在高压振荡电路板3中单片机u1及场效应管q3组成的快速开关作用下，使三角电感t1不断的在电能和磁能间转换储存叠加，从而使输出电压高于输入电压，达到12v高频电压，该12v高频电压施加在金属纤维丝2上，由于金属纤维丝2尖端曲率半径较小，在很高的射频电压下会形成很强的电场，导致场次电子的发射，将真空球内的惰性气体击穿，形成等离子体，即辉光放电。电子向玻璃球方向运动过程中，其中一些粒子获得电子的能量被激发后回到基态放出色彩艳丽的光，即我们看到的带颜色“人造闪电”。电子接触玻璃球后，会与大气中的气体分子结合形成负离子，保持静电球上的电荷不至于过多，同时与大气形成回路。

同时，在本实用新型实施例中，参阅附图3所示，需要启动本装置时，由于此时12v电源还未产生，设置的芯片u2为升压芯片，其将5v电源升至9v后通过二极管单向输出至当开关s1的高电压引脚处，开关s1的引脚与地接通时，单片机u1接收到一个低电平信号，单片机u1不驱动场效应管q3工作；当开关s1的引脚与高电压接通时(此时为9v)，单片机u1接收到一个高电平信号，此时单片机u1驱动场效应管q3工作，场效应管q3工作后，会驱使三角电感t1不断的在电能和磁能间转换储存叠加，从而使输出电压高于输入电压，达到12v高频电压输出至金属纤维丝2实现工作的目的，当需要停止工作时，只需要将开关s1的拨动与地连接即可。

而声波传感器7在接收到声波信息后，其将声波信息转换为电信号，经三极管q2放大后传递至单片机u1，单片机u1接收到一个高电平信号，从而驱动场效应管q3工作，场效应管q3工作后，会驱使三角电感t1不断的在电能和磁能间转换储存叠加，从而使输出电压高于输入电压，达到12v高频电压输出至金属纤维丝2实现工作的目的。且可以对单片机u1设置：当声波传感器7输出的信号为低电平持续一定时间(如30s，表示，无人员参观)，单片机u1停止驱动场效应管q3工作，从而整个装置便停止工作。

虽然结合附图描述了本实用新型的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改。例如，只要不超过本实用新型的权利要求所描述的保护范围，都应当在本实用新型的保护范围之内。