技术特征：
1.一种基于惯性传感器的新型单摆实验系统，其特征在于，包括：完成装置的安装，并打开位于终端设备上的上位机软件，将摆球拉至一定角度，使得摆球做来回运动，并利用微处理器采集并处理惯性传感器数据；将所述惯性传感器数据上传至上位机实时显示，并计算单步周期和平均周期；改变摆球质量进行不同质量下的实验测试，并通过测量轻质细线的长度l和摆球半径r和配重组件外壳的厚度r得到摆的长度和周期。2.如权利要求1所述的基于惯性传感器的新型单摆实验系统，其特征在于：所述装置的安装包括，支持杆设置于底座顶部，底座和支持杆构成支撑组件，用于吊起摆球，利用轻质细线将摆球悬挂于底座上方；所述摆球内部容纳有小型锂电池盒和数据采集处理模块盒，所述小型锂电池盒用于固定锂电池，所述数据采集处理模块盒用于固定处理器模块，且所述数据采集处理模块盒采用分层叠加的方式。3.如权利要求2所述的基于惯性传感器的新型单摆实验系统，其特征在于：所述微处理器对惯性传感器数据的采集并处理包括，微处理器cpu通过i2c读取惯性传感器的双轴加速度数据解算出的欧拉角，并通过卡尔曼算法将陀螺仪的积分角进行融合解算出角度。4.如权利要求1～3任一所述的基于惯性传感器的新型单摆实验系统，其特征在于：所述卡尔曼算法的计算包括，其中，表示k时刻的先验值，表示上一时刻的估计值，f
k
表示状态转换系数矩阵，b
k
表示控制模型系数矩阵，u
k
表示控制量；所述状态转换系数矩阵f
k
的计算包括，其中，δt表示采样时间；控制模型系数矩阵b
k
的计算包括，5.如权利要求4所述的基于惯性传感器的新型单摆实验系统，其特征在于：当u
k
＝θ
k
时，k时刻的先验值的计算包括，其中，θ表示滤波器输出的角度，表示上一时刻角速度的先验值。6.如权利要求5所述的基于惯性传感器的新型单摆实验系统，其特征在于：基于状态转换系数矩阵f
k
和系统噪声误差矩阵q，获取当前时刻先验误差协方差矩阵p
k|k-1
，
其中，表示状态转换系数矩阵f
k
的转置矩阵，p
k-1|k-1
表示上一时刻的估计的误差协方差矩阵；基于当前时刻先验误差协方差矩阵p
k|k-1
、测量系数矩阵h
k
和测量噪声r，计算当前时刻的卡尔曼增益矩阵k
k
，其中，表示测量系数矩阵h
k
的转置矩阵。7.如权利要求6所述的基于惯性传感器的新型单摆实验系统，其特征在于：还包括，其中，表示当前时刻的估计状态，z
k
表示测量值；p
k|k
＝(i-k
k
h
k
)p
k|k-1
其中，p
k|k
表示当前时刻误差协方差矩阵，i表示单位矩阵。8.如权利要求7所述的基于惯性传感器的新型单摆实验系统，其特征在于：所述欧拉角θ的计算包括，其中，a
y
表示y轴的加速度，a
z
表示z轴的加速度，a
x
表示x轴的加速度。9.如权利要求8所述的基于惯性传感器的新型单摆实验系统，其特征在于：所述摆的长度的计算包括，l＝l+r+r其中，l表示摆的长度，l表示轻质细线，r表示摆球的半径，r表示配种组件外壳的厚度。10.如权利要求9所述的基于惯性传感器的新型单摆实验系统，其特征在于：所述摆的周期t的计算包括，其中，g表示重力加速度，θ表示滤波器输出的角度。
技术总结
本发明公开了一种基于惯性传感器的新型单摆实验系统，包括：完成装置的安装，并打开位于终端设备上的上位机软件，将摆球拉至一定角度，使得摆球做来回运动，并利用微处理器采集并处理惯性传感器数据；将拉至惯性传感器数据上传至上位机实时显示，并计算单步周期和平均周期；改变摆球质量进行不同质量下的实验测试，并通过测量轻质细线的长度l和摆球半径R和配重组件外壳的厚度r得到摆的长度和周期。本发明采用惯性传感器的原理和Flutter设计的单摆实验系统，实现了单摆过程的角度实时可视化，其周期精度更高，且设计架构简单、成本低廉、抗干扰能力强等优点，此外设计了圆包式外壳配重，解决了因配重带来的摆长误差，使计算的重力加速度结果更加精确。的重力加速度结果更加精确。的重力加速度结果更加精确。
技术研发人员：岳兴春 彭勇 李清峰
受保护的技术使用者：菏泽天峰仪器设备有限公司
技术研发日：2022.08.26
技术公布日：2022/11/29