一种基于电磁铁的高精度自由释放控制仪器的制作方法

本实用新型涉及物理力学试验的技术领域，更具体地涉及这类试验的自由释放过程，涉及一种基于电磁铁的高精度自由释放控制仪器。

背景技术：

在物理和力学试验中，经常会遇到对试验对象进行限位的问题。特别地，针对自由落体、自由释放、自由跌落这类试验，要求试验对象从某一个固定的高度、固定的初始状态释放，甚至有一些试验对这一自由释放过程要求十分苛刻，例如要求释放过程无干扰、多次试验的可重复性好、稳定性高等。常见的释放方法有松手释放法、剪悬挂线法、机械释放法等。松手释放法是一种粗糙的方法、对于高精度要求的试验不适用；剪悬挂线方法中，试验对象的重心必然贯穿悬挂线，如果试验要求试验对象的重心不穿过悬挂线，这时势必要求增加若干根悬线，这样一来就无法保证在剪线的瞬间这些线是同时断掉；机械释放法的准确性较高，但是这一方法需要有特殊的机械设备，另外这一方法一般是针对一些特殊的试验而设计的，不具备通用性和灵活性。

技术实现要素：

本实用新型为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种基于电磁铁的高精度自由释放控制仪器，其精度较高，具有灵活性。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种基于电磁铁的高精度自由释放控制仪器，其中，包括电磁铁、连接电磁铁的卡件、可根据不同的试验要求设计成不同的姿态的姿态控制器、连接在姿态控制器上的高度调节器、与电磁铁相连的直流稳压电源以及开关装置。

本实用新型中，具有灵活的特点：它可以适应不同的试验条件，包括试验对象特定的初始姿态、不同的初始吸附力、不同的试验高度，甚至适用于形状特别不规则的试验对象。

进一步的，作为优选技术方案，可以制作一系列的不同姿态（例如不同倾斜角）的姿态控制器，方便不同的试验进行选用、更换。

进一步的，作为优选技术方案，对于试验更为复杂的情形，可以用球形铰链连接姿态控制器与高度调节器。

进一步的，作为优选技术方案，采用3D打印技术可以很方便的制作该控制仪器、特别是姿态控制器，试验人员可以根据自己的需要制作出想要的任何姿态控制器。

进一步的，作为优选技术方案，根据不同试验需求选取合适的电磁铁，主要是选取不同的额定电压和额定电流以达到足够的初始吸附力。而且所用电源必须使用直流稳压电源，因为电源在开关的断开瞬间，其内部的一些电容会使得电磁铁处于缓慢的充放电过程而磁性不会立即消失，这样会造成试验的误差较大以及重复性较差。

进一步的，所述的姿态控制器包括控制器主体、设于控制器主体内的卡接槽、设于控制器主体上可朝向不同方向的方向定位部，卡接槽与卡件卡接固定，方向定位部与高度调节器连接。所述的方向定位部上还连接有定位杆，所述的高度调节器内部设有空腔，高度调节器通过空腔套接在定位杆上。所述的卡件包括卡接部、设于卡接部下的连接部，卡接部与卡接槽连接，连接部与电磁铁连接。

本实用新型中，定位杆的形状与高度调节器内部的空腔形状相适配，高度调节器整个可套在定位杆上。定位杆与方向定位部固定，卡接部可沿卡接槽滑动，卡接部可卡在卡接槽内部。

进一步的，所述的卡件与姿态控制器的连接以及姿态控制器与高度调节器的连接都是通过拧紧螺栓连接。

一种基于电磁铁的高精度自由释放控制仪器的控制方法，包括以下步骤：

A．制作该控制仪器的各个元部件：根据试验的具体要求，制作特定的姿态控制器若干个以及其他的各个元部件；

B. 组装各个元部件：按照示意图组装各个元部件，注意所述的电源为直流稳压电源而不可以使用交流电，是因为交流电源在开关的断开瞬间，其内部的一些电容会使得电磁铁处于缓慢的充放电过程而磁性不立即消失，这样会造成试验的误差较大以及重复性较差；

C. 试验过程：合上开关，电磁铁通电具备磁性，这时将试验对象（铁的或者贴有贴片或磁条的）悬挂在电磁铁上；断开开关，电磁铁断电而磁性消失，试验对象精准稳定的脱离电磁铁；

D. 更换姿态控制器：更换不同的姿态控制器进行其他工况的试验。

与现有技术相比，有益效果是：本实用新型具有灵活的特点：它可以适应不同的试验条件，包括试验对象特定的初始姿态、不同的初始吸附力、不同的试验高度，甚至适用于形状特别不规则的试验对象，再借用3D打印技术的支持，本实用新型提供的控制仪器可以适应所有的试验的安装与架设；其次，本实用新型提供的控制仪器具有简易的特点：该控制仪器在组装上十分简单，在试验的过程中可以很方便的更换姿态控制器以满足不同的试验工况；再次，本实用新型提供的控制仪器具有高精度的特点：由于电磁铁在断电的一瞬间其磁性消失，因此试验对象在释放的一瞬间不会受到像剪悬挂线法那样来自外界的扰动，再加之3D打印的精度可以达到0.1mm，因此整个控制仪器可以达到0.1mm的精度；最后，本实用新型提供的控制仪器具有稳定的特点：由于上述所说的种种优点，使用本实用新型提供的控制仪器能提高试验的可重复性，因而具有稳定性。

附图说明

图1是本实用新型整体结构示意图。

图2是本实用新型整体爆炸结构示意图。

图3是本实用新型姿态控制器第一形态示意图。

图4是本实用新型姿态控制器第二形态示意图。

图5是本实用新型姿态控制器第三形态示意图。

图6是本实用新型试验状态示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

如图1、2、6所示，一种基于电磁铁的高精度自由释放控制仪器，其中，包括电磁铁1、连接电磁铁1的卡件2、可根据不同的试验要求设计成不同的姿态的姿态控制器3、连接在姿态控制器3上的高度调节器4、与电磁铁1相连的直流稳压电源5以及开关装置6。

本实施例中，姿态控制器3包括控制器主体31、设于控制器主体31内的卡接槽32、设于控制器主体31上可朝向不同方向的方向定位部33，卡接槽32与卡件2卡接固定，方向定位部33与高度调节器4连接。方向定位部33上还连接有定位杆8，高度调节器4内部设有空腔，高度调节器4通过空腔套接在定位杆8上。卡件2包括卡接部21、设于卡接部21下的连接部22，卡接部21与卡接槽32连接，连接部22与电磁铁1连接。

定位杆8的形状与高度调节器4内部的空腔形状相适配，高度调节器4整个可套在定位杆8上。定位杆8与方向定位部33固定，卡接部21可沿卡接槽32滑动，卡接部21可卡在卡接槽32内部。卡件2与姿态控制器3的连接以及姿态控制器3与高度调节器4的连接都是通过拧紧螺栓7连接。

如图3－5中，是三种不同的姿态传感器，而且方向定位部33倾斜角度不同。并且可以看出，其在空间中的倾斜方向是任意的。

本实施例中，仪器由3D打印机加工制作而成，悬挂在电磁铁底部的是用来做自由释放试验的试验对象，如图6所示。

一种基于电磁铁的高精度自由释放控制仪器的控制方法，其中，包括以下步骤：

A．制作该控制仪器的各个元部件：根据试验的具体要求，制作特定的姿态控制器若干个以及其他的各个元部件，本实例采用3D打印机制作各个元部件；

B. 组装各个元部件：按照图1组装各个元部件；

C. 试验过程：合上开关，电磁铁通电具备磁性，这时将试验对象（铁的或者贴有贴片或磁条的）悬挂在电磁铁上；断开开关，电磁铁断电而磁性消失，试验对象精准稳定的脱离电磁铁；

D. 更换姿态控制器：更换不同的姿态控制器进行其他工况的试验，如图3－5 所示。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。