專利名稱：一種測量重力加速度的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測量重力加速度的裝置，具體是一種單擺實(shí)驗(yàn)儀器，可直接用于科研測量和教學(xué)實(shí)驗(yàn)。
背景技術(shù)：
目前，公知的單擺實(shí)驗(yàn)儀器大致有如下兩種一、傳統(tǒng)的單擺實(shí)驗(yàn)儀器，擺長的長度、擺球的直徑及擺動的周期都要靠實(shí)驗(yàn)者來觀察。并且擺長的測量往往使用米尺，米尺的精度低(1mm)，并且在測量時由于人眼的不同會帶來視覺誤差，這樣僅長度測量就有很大的誤差。在擺動周期次數(shù)上使用人眼觀測，由于實(shí)驗(yàn)用累計(jì)放大法測出擺長在L時，擺動多個周期(一般50個周期)來減弱秒表啟動和停止引起的及時誤差。但是由于次數(shù)太多，實(shí)驗(yàn)者很可能會少算1/4周期甚至1/2周期的情況。所以傳統(tǒng)的單擺實(shí)驗(yàn)儀器測量誤差大且繁瑣。二、經(jīng)改進(jìn)型的單擺實(shí)驗(yàn)儀器，擺長的長度不可改變(一般為1. 2m)，或者可改變但是還是用米尺測量。測量時還是存在誤差。擺動的周期及擺動次數(shù)不再由實(shí)驗(yàn)者記錄，改為可編程芯片計(jì)內(nèi)部的定時器計(jì)時，配合外部的高速光電門或者霍爾元件，這可以提高周期測量的準(zhǔn)確度，但是高速光電門昂貴，不適合大規(guī)模購買；用帶霍爾元件的單擺實(shí)驗(yàn)儀器，霍爾元件離鋼體擺球不能超過lcm，這就給實(shí)驗(yàn)操作帶來了限制，一旦霍爾元件擺球的距離超過1cm，就有可能造成實(shí)驗(yàn)重做的結(jié)果。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有的單擺實(shí)驗(yàn)儀器測量擺長誤差大、價格昂貴及記錄擺動次數(shù)有限的不足，本實(shí)用新型提供一種測量重力加速度的裝置(單擺實(shí)驗(yàn)儀器)，本單擺實(shí)驗(yàn)儀器能自動測量出單擺擺線的精確長度(精度0. 157mm)，并采用新型單片機(jī)對光輸入信號進(jìn)行數(shù)據(jù)貯存和處理，能自動記錄、貯存多組實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，并且能夠精確地計(jì)算出多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值。內(nèi)部存儲全國重要城市的重力加速度，可以作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果的參考。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種測量重力加速度的裝置，主要包括底座、豎桿、升降裝置、步進(jìn)電機(jī)、周期采集板、擺線收放裝置和單片機(jī)主控板，所述豎桿與底座固定在一起，豎桿頂端設(shè)有擺線收放裝置和升降裝置，所述升降裝置設(shè)有步進(jìn)電機(jī)，所述單片機(jī)主控板設(shè)在底座上。所述周期采集板開有小口。所述擺線收放裝置與擺線、擺球連接，擺線傳過周期采集板上的小口。還設(shè)有角度尺，所述周期采集板緊挨著角度尺，但位于角度尺的上方。 所述擺線收放裝置還設(shè)有夾線夾。所述步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上固定有滑輪。所述豎桿的長度為75-90cm，所述底座長度為25-30cm、寬度為22-27cm。更加優(yōu)選的，所述豎桿的長度為 80. 1cm，所述底座長度為27. 0cm、寬度為25. Ocm0前面所述的裝置，優(yōu)選的方案是，所述單片機(jī)主控板采用STC12C5A60S2單片機(jī)為主控芯片。所述單片機(jī)主控板、周期采集板及擺線收放裝置由信號線連接。本實(shí)用新型有兩大部分機(jī)械部分和控制部分。機(jī)械部分有底座，豎桿，擺線，擺球，角度尺?？刂撇糠钟袉纹瑱C(jī)主控板，周期采集板及擺線收放裝置?？刂撇糠钟尚盘柧€連接。豎桿、底座固定在一起。擺線收放裝置在豎桿的頂端。角度尺在豎桿的中間位置(可調(diào))。周期采集板緊挨著角度尺，但在角度尺的上方。單片機(jī)的主控板在底座的上方。擺線傳過周期采集板上10cm*2cm的小口。由擺線收放裝置收放擺線并且準(zhǔn)確間接測量出擺線的長度。由周期采集板采集擺球擺動周期的個數(shù)，并由單片機(jī)主控板配合周期采集板采集出擺球擺動一個周期的時間。最后由單片機(jī)主控板根據(jù) 4π2Μ算出的重力加速度g。并把結(jié)果顯示在液晶屏上。
gzr Δ 7本實(shí)用新型的有益效果是1、能自動測量擺線的長度。精度可達(dá)0. 157mm，省去了實(shí)驗(yàn)者讀數(shù)的麻煩，并能消除實(shí)驗(yàn)者在做實(shí)驗(yàn)時帶來的視覺誤差。2、擺線收放自如。只要實(shí)驗(yàn)者設(shè)定了擺線的長度，本實(shí)用新型可以自動收放擺線， 達(dá)到實(shí)驗(yàn)者所設(shè)定的長度。省去擺線由實(shí)驗(yàn)者收放并測量其長度的麻煩。3、自動累計(jì)每次實(shí)驗(yàn)的擺動次數(shù)。實(shí)驗(yàn)者擺動擺球后，本實(shí)用新型的擺動計(jì)數(shù)裝置自動記錄擺球擺動的次數(shù)。避免了實(shí)驗(yàn)者數(shù)單擺擺動周期容易出錯的情況。4、自我檢測。本實(shí)用新型通電后能自動檢測底座是否水平，并提示實(shí)驗(yàn)者調(diào)整本實(shí)用新型；當(dāng)實(shí)驗(yàn)者操作失誤出現(xiàn)圓錐擺時，能發(fā)出報警聲，提示實(shí)驗(yàn)者本次操作有誤，應(yīng)當(dāng)重新在操作一次。5、語音提示。每一步操作都有語音提示功能，方便初次使用該設(shè)備。
圖1 本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2 本實(shí)用新型的正面圖；圖3 升降裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4 單片機(jī)主控板的電路圖；圖5 周期采集板電路圖；圖6 本實(shí)用新型的程序流程圖。其中1 升降裝置，2 豎桿，3 周期采集板，4 單片機(jī)主控板，5 :1觀64液晶屏，6 按鍵鍵盤，7 電源開關(guān)，8 擺線，9 擺球，10 夾線夾，11 步進(jìn)電機(jī)。Aa是一對紅外對管；恥是另一對紅外對管。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)描述本實(shí)用新型的構(gòu)成，但保護(hù)范圍不受此限制。實(shí)施例一種測量重力加速度的裝置，結(jié)構(gòu)可以參考圖1-5，主要包括底座、豎桿、升降裝置、步進(jìn)電機(jī)、周期采集板、擺線收放裝置和單片機(jī)主控板，所述豎桿與底座固定在一起，豎桿頂端設(shè)有擺線收放裝置和升降裝置，所述升降裝置設(shè)有步進(jìn)電機(jī)，所述單片機(jī)主控板設(shè)在底座上。所述周期采集板開有小口。所述擺線收放裝置與擺線、擺球連接，擺線傳過周期采集板上的小口。還設(shè)有角度尺，所述周期采集板緊挨著角度尺，但位于角度尺的上方。所述擺線收放裝置還設(shè)有夾線夾。所述步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上固定有滑輪。所述豎桿的長度為80. 1cm，所述底座長度為27. 0cm、寬度為25. Ocm0所述單片機(jī)主控板采用STC12C5A60S2 單片機(jī)為主控芯片。所述單片機(jī)主控板、周期采集板及擺線收放裝置由信號線連接。圖6是本實(shí)用新型的程序流程圖。起始，擺線靜止是在Aa紅外對管中間，擺線從 Aa擺到恥擺角為5°。當(dāng)實(shí)驗(yàn)者按下“下降”按鍵時，本實(shí)用新型自動開始記錄步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)，直到步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。再根據(jù)內(nèi)部的算式算出擺線的長度。擺動擺線，擺線首次擺過Aa紅外對管的中間位置時，本實(shí)用新型開始計(jì)時，并且把擺動次數(shù)置一，以后再到Aa 紅外對管的中間位置時，擺動次數(shù)加一。直到達(dá)到預(yù)設(shè)的擺動次數(shù)。一旦達(dá)到預(yù)設(shè)的擺動次數(shù)，本實(shí)用新型停止計(jì)時。本實(shí)用新型會根據(jù)所測得的數(shù)據(jù)，計(jì)算出本次試驗(yàn)的重力加速度。周期采集板的原理如下LM358內(nèi)部包括有兩個獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器。可以利用LM358構(gòu)成電壓比較電路。調(diào)節(jié)滑動變阻器R5，可以調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電壓值。 R1、R3為分壓電阻。調(diào)節(jié)R2、R4的值可以改變輸入LM358的電壓。從而達(dá)到調(diào)節(jié)靈敏度的效果。
權(quán)利要求1.一種測量重力加速度的裝置，其特征是，主要包括底座、豎桿、升降裝置、步進(jìn)電機(jī)、 周期采集板、擺線收放裝置和單片機(jī)主控板，所述豎桿與底座固定在一起，豎桿頂端設(shè)有擺線收放裝置和升降裝置，所述升降裝置設(shè)有步進(jìn)電機(jī)，所述單片機(jī)主控板設(shè)在底座上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，所述周期采集板開有小口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征是，所述擺線收放裝置與擺線、擺球連接，擺線傳過周期采集板上的小口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，還設(shè)有角度尺，所述周期采集板緊挨著角度尺，但位于角度尺的上方。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，所述擺線收放裝置還設(shè)有夾線夾。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，所述步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上固定有滑輪。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，所述豎桿的長度為75-90cm，所述底座長度為 25-30cm、寬度為 22-27cm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，所述豎桿的長度為80.1cm，所述底座長度為 27. 0cm、寬度為 25. 0cm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，所述單片機(jī)主控板采用STC12C5A60S2單片機(jī)為主控芯片。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一所述的裝置，其特征是，所述單片機(jī)主控板、周期采集板及擺線收放裝置由信號線連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種測量重力加速度的裝置，主要包括底座、豎桿、升降裝置、步進(jìn)電機(jī)、周期采集板、擺線收放裝置和單片機(jī)主控板，所述豎桿與底座固定在一起，豎桿頂端設(shè)有擺線收放裝置和升降裝置，所述升降裝置設(shè)有步進(jìn)電機(jī)，所述單片機(jī)主控板設(shè)在底座上。其具有能自動測量擺線的精確的長度、擺線收放自如、自動累計(jì)每次實(shí)驗(yàn)的擺動次數(shù)、自我檢測的技術(shù)優(yōu)勢。
文檔編號G01V7/12GK202256708SQ2011204100
公開日2012年5月30日 申請日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月25日
發(fā)明者劉關(guān)壯, 李伯宇, 金文霞, 高全喜 申請人:劉關(guān)壯, 李伯宇