直線運動軌跡顯示器制造技術

本實用新型專利技術公開了一種依靠光電技術實現的非接觸式直線運動軌跡顯示器，屬于物理實驗儀器領域。其主要特征是用數目和厚度相同且厚度很小的光電探測器件和電光器件對應排列二行，光子探測器件的工作電壓為可控矩形脈沖電壓，起計時作用。該儀器與氣墊導軌或自由落體導軌平行組合使用，用運動的光束照射光子探測器件，可使電光器件醒目的顯示并記憶下各等時離散的運動軌跡點，起到頻閃照相法的等效作用，可廣泛用于大、中學的物理實驗。（*該技術在2008年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于普通物理實驗的
目前，在直線運動(包括自由落體運動，下同)的實驗方法上，可分為二大類。第一類方法是二點時間測量法，從運動軌跡中取二個測量點，安上光電門和數字計時器，這類方法又可分為二種方式一種方式是測量物體經過這二個點附近處的極短時間，從而求出運動物體經過這二個點的瞬時速度和加速度；另一種方式是測量運動物體從靜止開始到這二個點的時間，直接計算出加速度，這種方式適合初速度為零的勻加速直線運動，如用自由落體運動測定重力加速度。第二類方法是等時離散描跡法，這類方法有多種方式常用的方式有電磁打點計時器“打點”描跡、電火花計時器“打孔”描跡、電動音叉周期性“劃波”描跡、液點計時器“噴液”描跡和頻閃照像“留影”描跡等。兩類方法的實驗都需要摩擦力很小的導軌。兩類方法的比較第一類方法的優點是實驗準備、組合簡單，操作方便，實驗數據少，計算簡便，缺點是不能記錄運動軌跡，只有在測時后才能計算出瞬時速度和加速度，因此，不具有直觀性，不適宜作演示設備。第二類方法可以在相應載體上記錄下等時離散的軌跡點，從軌跡點的分布上就可直觀的、形象的、定性的看出運動速度變化的快慢，用逐差法處理離散軌跡點間的數據，便可求得加速度和瞬時速度，準確度高。該方法的缺點是實驗準備、組合復雜，需要專用描跡裝置，每實驗一次都要重新裝置專用的描跡載體，有的描跡過程存在一定的描跡摩擦，操作過程也較為復雜。例如用頻閃照相法實驗，設備的組合和操作過程均復雜，結果只能等照片沖洗出來后才能看出，顯然，這種方法不能推廣為學生實驗，也不能在課堂上演示。本技術的目的在于克服上述實驗方法的缺點，提供一種依靠光電探測和電光顯示技術實現的一種直線運動軌跡顯示器。經河南省專利代理中心文獻室光盤檢索，截止到1997年底，國內還沒有類似本技術的專利記載。本技術的任務是提供一種依靠運動光束照射、光子探測器件傳感、電光顯示器件發光顯示、具有記憶功能的直線運動軌跡顯示器。它能夠形象、直觀、瞬時、醒目顯示并記憶移動光標運動全過程的連續軌跡或離散軌跡。離散的時間間隔是相等的并且可調，可適用較大的速度范圍。它的功能經組合可以兩用一是安放在氣墊導軌上，可顯示氣墊導軌上運動物體連續和離散的軌跡，從而得出路程數據，求出加速度和瞬時速度等運動參數；二是可獨立組合為自由落體運動實驗儀，可顯示自由落體運動的連續或離散軌跡，從而求出重力加速度和瞬時速度。本技術結合附圖中的實施例作進一步說明附圖說明圖1是該儀器安在氣墊導軌上的總體結構正面示意圖；圖2是圖1的橫面內部結構示意圖；圖3是圖1的正面內部結構示意圖；圖4是該儀器組合為自由落體運動實驗儀的總體結構示意圖；圖5是圖4的橫面內部結構示意圖；圖6是該儀器的電路原理方框圖；圖7是該儀器的電子線路圖；圖8是該儀器的工作波形圖。附圖中零部件和電路方框圖序號．光電探測顯示板．電光顯示器件 ．標尺．光子探測器件 ．移動光標 ．聚光器．光源 ．電池組 ．光闌．光束 ．氣墊導軌．電磁鐵．連接件 ．電纜線 ．控制器．自由落體導軌 ．緩沖裝置．底座．脈沖振蕩電路 ．同步觸發電路．電磁鐵控制電路．開關門電路 ．反饋斬除電路后級．光電探測顯示電路本技術直線運動軌跡顯示器由光電探測顯示板、控制器、移動光標和連接件組成。移動光標由電池組、光源、聚光器、光闌組成。可輻射出厚度小于d、寬度大于d的扁平光束，用來照射光子探測器件。移動光標的結構造型可使其懸浮在氣墊導軌上滑行，也可放在自由落體導軌內自由下落。圖2和圖3的下半部是移動光標與氣墊導軌之間的結構示意圖，圖5的下半部是移動光標與自由落體導軌之間的結構示意圖。光電探測顯示板(簡稱光電板，下同)是由光電探測顯示電路連同外殼構成，光電探測顯示電路是由n個相同的光電探測顯示單元電路(簡稱光電單元，下同)組成，每個光電單元的光子探測器件和電光顯示器件的厚度(或直徑，下同)均為d，分別一一對應緊密排列成二行平行的直線狀，與相應的電子器件焊接在長條型電路板上，連同外殼構成光電板。圖1是光電板用連接件支承在氣墊導墊上的示意圖，圖4是光電板與自由落體導軌組合為自由落體運動實驗儀的示意圖，圖3的上半部是光電板正面結構的示意圖，圖2和圖5的上半部是光電板的橫面結構示意圖。光子探測器件和電光器件厚度d的大小，根據要分辨的最小距離確定，器件的數目n根據實驗導軌的長度而定，光電板的有效探顯長度L=(n-1)d。移動光標的輻射光譜要與光子探測器件的探測光譜一致。控制器用于產生可控矩形脈沖電壓。本實施例中的光子探測器件選用直徑為2毫米的高靈敏度可見光光敏三極管，電光顯示器件選用厚度為2毫米的發光二極管，器件數目n按適用1.2米長的氣墊導軌來設計，n=540。移動光標用可見光源。本技術電路由以下6個部分組成1、脈沖振蕩電路2、開關門電路3、電磁鐵控制電路4、光電探測顯示電路5、同步觸發電路6、反饋斬除電路后級圖6是該儀器的電路原理方框圖，圖7是該儀器的電子線路圖。第4部分電路安裝在光電探測顯示板上，其余電路與電源電路安裝在一起連同外殼組合為控制器。1、脈沖振蕩電路由7556雙定時器(也可用二塊7555單定時器)、電壓比較器A1、電容CT、電阻RT1～RT5、R1、R2、RP1和選擇開關K1組成。其中的一個定時器(8-13腳)與電容CT、電阻RT1～RT5組成分檔可調頻率振蕩器，用于選擇離散時間。振蕩器采用施密特觸發形式，它的振蕩頻率僅決定RT和CT。電容CT上的充放電波形送到比較器A1與一個可調基準電壓進行比較，基準電壓從由R1、RP1和R2組成的分壓器取得，調節RP1就可改變整形電壓的閾值，從而改變比較器A1輸出的矩形脈沖的占空比。由于調節占空比是在振蕩器以外進行的，所以對頻率不會發生影響。另一個定時器(2-7腳)的復位端(4腳)接受比較器A1的輸出驅動，經同相整形后由輸出端(5腳)輸出矩形脈沖送到開關門電路的輸入端I。由比較器A1產生的矩形脈沖經電容CW和電阻RW組成的微分電路變為尖頂脈沖，輸送到同步觸發電路的輸入端，即晶閘管VSK4的控制極G4。脈沖振蕩電路輸出的矩形脈沖和尖頂脈沖除頻率相同外，脈沖前沿同步。2、開關門電路由開管三極管V1、電阻R3、R4、R5、R6和晶閘管VSK1、VSK2組成。電阻R6接在發射極回路，構成射極跟隨輸出。開關管V1的發射極和電阻R6的連接點O為輸出端，與光電探測顯示電路的母線N相連接。電阻R3的一端I為輸入端，與矩形脈沖輸出端相連接。晶閘管VSK2接在電源與開關管V1的集電極之間，其控制極G2為開門端，與同步觸發電路的輸出相連接。晶閘管VSK1接在R3、R4的連接點與地之間，其控制極G1為關門端，與反饋斬除電路后級的輸出端相連接，電阻R3、R4、R5的配置要求當晶閘管VSK1處于截止狀態，輸入端I有矩形脈沖為高電平時，開關管V1導通飽和；當輸入端I無矩形脈沖為低電平時，開關管V1反向截止；當晶閘管VSK1導通接地時，無論輸入端有無矩形脈沖，開關管均反向截止。電阻R10和發光二極管VLZ為開門指示電路。3、電磁鐵控制電路由大功率三極管V2、二極管VDB、偏置電阻R11、R12、R13和晶閘管VSK3組成。晶閘管VSK3的控制極G3為電磁鐵控制電路本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種直線運動軌跡顯示器，它與氣墊導軌［１１］或自由落體導軌［１６］組合使用，其特征在于，它包括：控制器［１５］用電纜［１４］分別與光電探測顯示板［１］和電磁鐵［１２］相連接，輸出可控制的矩形脈沖電壓和直流電流，接受光電探測顯示板［１］產 生的反饋斬除信號；移動光標［５］的結構造型可使其分別在氣墊導軌上懸浮滑行和在自由落體導軌內自由下落，內有一個輻射光源，用于產生一個移動光束［１０］照射光電探測顯示板［１］；光電探測顯示板［１］，可用連接件［１３］與氣墊導軌［１１］或 自由落體導軌［１６］組合使用，使其與導軌平行，并與移動光標［５］有一個很小的距離，用于接收移動光標［５］的照射，顯示運動軌跡點，產生反饋斬除信號。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉鴻健，
申請(專利權)人：劉鴻健，
類型：實用新型
國別省市：41[中國|河南]