專利名稱：多種傳感器測量位移量的物理原理教學(xué)綜合演示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于物理原理演示及應(yīng)用領(lǐng)域，是一種能夠演示多種傳感器測量位移量的物理原理教學(xué)綜合演示裝置，通過傳感器測量位移的現(xiàn)象的演示，揭示各種傳感器的工作原理及在位移量中的應(yīng)用技術(shù)
背景技術(shù)：
物理演示實驗在物理教學(xué)中扮演著極其重要的角色，目前的傳感器物理演示儀器演示內(nèi)容較單一，每一種演示儀器一般只限于一種傳感器的演示，功能單一。對位移的測量，可以采用多種傳感器實現(xiàn)，各種傳感器性檢測原理各不相同，檢測精度也各有特點。如果將各種傳感器綜合在一起演示，便于對多種傳感器比較記憶，可以加深學(xué)生對位移測量的理解。本實用新型選用四種主要的傳感器于一體，幫助學(xué)生更深刻的理解各傳感器的工作原理及區(qū)別，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型將常見的四種傳感器光纖傳感器、應(yīng)變式傳感器、電容傳感器和霍爾傳感器集于一體，其目的就是提供一個多種傳感器測量位移量的物理原理教學(xué)綜合演示裝置，來完整地演示出各傳感器的基本工作原理及應(yīng)用。本實用新型發(fā)明是一個底座(23)為平臺，四種傳感器固定在底座(23)上來完成對位移的測量。本實用新型發(fā)明所述的底座(23)為固定平臺，螺旋測微儀I(I)固定在位于底座(23)左上角的螺旋測微儀支座I (2)上，螺旋測微儀I(I)的右側(cè)端頭處固定有一個反射鏡(3)，反射鏡(3)能夠反射光纖傳感器(4)發(fā)射的光。光纖傳感器(4)固定在光纖傳感器支座(5)上，并與螺旋測微儀I (I)處于同一水平線上。旋轉(zhuǎn)螺旋測微儀I (I)能夠調(diào)節(jié)反射鏡(3)和光纖傳感器(4)之間的位移大小。所述的螺旋測微儀II(IO)位于底座(23)的右上角，螺旋測微儀II (10)固定在螺旋測微儀支座II (9)上。螺旋測微儀II (10)的左側(cè)端頭安裝有磁鐵(8)，磁鐵(8)可吸附位于其左側(cè)的金屬懸梁臂(7)。金屬懸梁臂(7)底端固定在底座(23)上，在金屬懸臂梁(7)的側(cè)面粘貼了一個應(yīng)變式傳感器(6)。在一定范圍內(nèi)，磁鐵(8)可吸附金屬懸梁臂(7)，當調(diào)節(jié)螺旋測微儀II(IO)時，金屬懸梁臂(7)會隨磁鐵(8)的移動發(fā)生相應(yīng)的形變，在其上的應(yīng)變片(6)也會發(fā)生相應(yīng)的形變。所述的螺旋測微儀III (13)在底座(23)的右下角，螺旋測微儀III (13)固在在螺旋測微儀支座III (14)上。螺旋測微儀III (13)的左端面固定有一個霍爾傳感器(15)，在霍爾傳感器(15)的兩側(cè)分別安裝了 U型磁鐵I (12)和U型磁鐵II (17)。U型磁鐵I (12)和U型磁鐵II (17)磁極相反放置，并與霍爾傳感器(15)處于同一水平面上。U型磁鐵I (12)和U型磁鐵II (17)分別被固定在磁鐵固定支座I (11)和磁鐵固定支座II (16)上。當調(diào)節(jié)螺旋測微儀III (13)時，霍爾傳感器(15)會在U型磁鐵I (12)和U型磁鐵II (17)產(chǎn)生的磁場中移動。所述的螺旋測微IV(22)位于底座(23)的左下角，螺旋測微儀IV(22)固定在螺旋測微儀支座IV(21)上。螺旋測微儀IV(22)的右側(cè)端面固定有電容傳感器移動端(20)。電容傳感器固定端(19)固定在電容傳感器支座(18)上，與螺旋測微儀IV(22)基本處于同一水平線上，保證電容傳感器固定端(19)和電容傳感器移動端(20)可以相互交叉穿插。通過調(diào)節(jié)螺旋測微儀IV(22)可改變電容傳感器移動端(20)和電容傳感器固定端(19)之間的重合面積。本實用新型發(fā)明所述的控制系統(tǒng)(26)安裝在底座(23)內(nèi)，鍵盤輸入?yún)^(qū)(24)可以輸入相關(guān)的信息并進行演示，測量的結(jié)果和運行的狀態(tài)通過數(shù)據(jù)顯示區(qū)域(25)顯示。該演示實驗裝置操作十分簡捷，同時還配有教學(xué)軟件，查閱可更詳細了解各傳感器的原理、應(yīng)用、參數(shù)及適用范圍。本專利的有益效果是清晰地演示了四種傳感器測量位移的工作原理和測量過程，直觀生動的演示加深學(xué)生對此幾種傳感器在檢測技術(shù)中應(yīng)用的了解。同時，學(xué)生可以對比四種傳感器在測量位移中的精確度及其各自的優(yōu)缺點，掌握在不同的位移測量中應(yīng)該用何種傳感器，培養(yǎng)學(xué)生具體為題具體分析的能力和習慣。

圖I總體結(jié)構(gòu)示意圖圖2光纖傳感器測量示意圖圖3應(yīng)變式傳感器測量示意圖圖4電容傳感器測量示意圖圖5霍爾傳感器測量示意圖圖中I-螺旋測微儀I 2-螺旋測微儀支座I 3-反射鏡4-光纖傳感器5_光纖傳感器支座6-應(yīng)變式傳感器7-金屬懸臂梁8-磁鐵9-螺旋測微儀支座II 10-螺旋測微儀
II11-磁鐵固定支座I 12-U型磁鐵I 13-螺旋測微儀III 14-螺旋測微儀支座III 15-霍爾傳感器16-磁鐵固定支座II 17-U型磁鐵II 18-電容傳感器支座19-電容傳感器固定端20-電容傳感器移動端21-螺旋測微儀支座IV 22-螺旋測微儀IV 23-底座24-鍵盤輸入?yún)^(qū)25-數(shù)據(jù)顯示區(qū)域26-控制系統(tǒng)
具體實施方式
以下結(jié)合附圖所示實例進一步說明本實用新型的具體內(nèi)容及實施方式。根據(jù)圖I所述，底座(23)上分別安裝上四個傳感器。在中間部分裝入鍵盤輸入?yún)^(qū)
(24)和數(shù)據(jù)顯示區(qū)域(25)。在底座(23)內(nèi)部安裝控制系統(tǒng)(26)。在鍵盤輸入?yún)^(qū)域(25)輸入運行指令后，數(shù)據(jù)顯示區(qū)域(25)分別顯示光纖傳感器(5)、應(yīng)變式傳感器￠)、霍爾傳感器(15)和電容傳感器(20)的檢測結(jié)果。本實用新型實施具體采用如下的技術(shù)路線 I、光纖傳感器的技術(shù)路線根據(jù)圖2所述，光纖傳感器(4)能夠發(fā)射光，同時也能夠接收光，光纖傳感器(4)反射的光經(jīng)反射鏡(3)反射后又被光纖傳感器(4)接收。調(diào)節(jié)螺旋測微儀1(1)，使得反射鏡(3)與光纖傳感器器(4)之間的位移發(fā)生變化，則光纖傳感器(4)接收的光發(fā)生變化，控制系統(tǒng)(26)通過測量光的變化來實現(xiàn)位移的測量?？刂葡到y(tǒng)(26)將測量的結(jié)果傳送至數(shù)據(jù)顯示區(qū)域(25)顯示出來。2、應(yīng)變式傳感器的技術(shù)路線根據(jù)圖3所述，螺旋測微儀(10)左端固定有一個磁鐵(8)，在一定范圍內(nèi)，磁鐵
(8)可吸附金屬懸梁臂(7)。調(diào)節(jié)螺旋測微儀(10)時，磁鐵(8)的位移發(fā)生相應(yīng)的變化，金屬懸梁臂(7)會隨之發(fā)生形變，在金屬懸梁臂(7)上的應(yīng)變式傳感器(6)也會發(fā)生相應(yīng)的 形變。這樣，應(yīng)變式傳感器￠)的電阻發(fā)生變化，應(yīng)變式傳感器(6)與控制系統(tǒng)(26)相連接。控制系統(tǒng)(26)處理后，計算位移大小。接著，控制系統(tǒng)(26)將測量的結(jié)果傳輸至數(shù)據(jù)顯示區(qū)域(26)上顯示。3、電容傳感的技術(shù)路線根據(jù)圖4所述，螺旋測微儀IV(22)的右端面固定了電容傳感器移動端(20)，電容傳感器移動端(20)和電容傳感器固定端(19)交叉安裝。調(diào)節(jié)螺旋測微儀IV(22)時，電容傳感器移動端(20)和電容傳感器固定端(19)之間的重合面積發(fā)生線性變化，電容傳感器固定端(19)上的輸出電壓會發(fā)生線性變化。電容傳感器固定端(19)和控制系統(tǒng)(26)相連接，控制系統(tǒng)(26)經(jīng)過處理后，測量位移的大小。最后，控制系統(tǒng)(26)將檢測的結(jié)果傳輸至數(shù)據(jù)顯示區(qū)域(26)上顯示。4、霍爾傳感器的技術(shù)路線根據(jù)圖5所述，螺旋測微儀111(13)的右端面固定有一個霍爾傳感器(15)』型磁鐵I (12)和U型磁鐵II (17)的磁極相反放置。調(diào)節(jié)螺旋測微儀(13)時，霍爾傳感器(15)在U型磁鐵I (12)和U型磁鐵II (17)產(chǎn)生的磁場中移動。這樣，霍爾傳感器(15)的輸出電壓會發(fā)生相應(yīng)的線性變化?；魻杺鞲衅?15)和控制系統(tǒng)(26)相連接，霍爾傳感器(15)的輸出信號經(jīng)控制系統(tǒng)(26)處理后，控制系統(tǒng)(26)計算出位移的移動量。最后，控制系統(tǒng)
(23)將測量的結(jié)果輸出至數(shù)據(jù)顯示區(qū)域(25)內(nèi)顯示出來。
權(quán)利要求1.一種多種傳感器測量位移量的物理原理教學(xué)綜合演示裝置，是以ー個底座(23)為平臺，四種不同類型的傳感器固定在底座(23)上來完成對位移的測量組成，其特征在干，所述的四種不同類型的傳感器包括光纖傳感器、霍爾傳感器、電容傳感器和應(yīng)變式傳感器。位于底座(23)左上角并固定在光纖傳感器支座(5)上的光纖傳感器(4)能夠測量光纖傳感器(4)和反射鏡(3)之間的距離；位于底座(23)右上角并固定在金屬懸臂梁(7)上的應(yīng)變式傳感器(6)能夠測量金屬懸臂梁(7)的形變位移；位于底座(23)左下角并固定于電容傳感器支座(18)上的電容傳感器固定端(19)能夠檢測電容傳感器移動端(20)插入電容傳感器固定端(19)的位移；位于底座(23)右下角并固定在螺旋測微器III (13)左端的霍爾傳感器(15)能夠檢測霍爾傳感器(15)在U型磁鐵I (12)和U型磁鐵II (17)間產(chǎn)生的磁場移動的位移。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種多種傳感器測量位移量的物理原理教學(xué)綜合演示裝置，其特征在于，所述底座(23)的中間設(shè)有鍵盤輸入?yún)^(qū)(24)和數(shù)據(jù)顯示區(qū)域(25)，控制系統(tǒng)(26)位于底座(23)的內(nèi)部；鍵盤輸入?yún)^(qū)(24)能夠?qū)崿F(xiàn)運行指令的輸入，數(shù)據(jù)顯示區(qū)域(25)能夠顯示各種傳感器的測量結(jié)果。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種多種傳感器測量位移量的物理原理教學(xué)綜合演示裝置，其特征在于，所述的光纖傳感器(4)位于底座的左上角并固定于光纖傳感器支座(5)上；螺旋測微儀I (I)固定于螺旋測微儀支座I (2)上，螺旋測微儀I (I)的右端面固定有反射鏡⑶；調(diào)節(jié)螺旋測微儀I (I)可以改變反射鏡⑶與光纖傳感器⑷之間的距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種多種傳感器測量位移量的物理原理教學(xué)綜合演示裝置，其特征在于，所述的應(yīng)變式傳感器(6)粘貼在金屬懸臂梁(7)上，并且位于底座(23)的右上角；螺旋測微儀II (10)固定于螺旋測微儀支座II (9)上，螺旋測微儀II (10)的左端面固定有磁鐵(8)，磁鐵(8)能夠在一定距離范圍內(nèi)吸附金屬懸臂梁(7);調(diào)節(jié)螺旋測微儀II (10)能夠調(diào)節(jié)金屬懸臂梁(7)的形變程度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種多種傳感器測量位移量的物理原理教學(xué)綜合演示裝置，其特征在于，所述霍爾傳感器(15)固定在螺旋測微儀III (13)的左端面，并且位于底座(23)的右下角；螺旋測微儀III固定在螺旋測微儀支座III (14)上，分別固定在磁鐵固定支座I(11)和磁鐵固定支座II (16)上U型磁鐵I (12)和U型磁鐵II (17)水平并極性相反放置；調(diào)節(jié)螺旋測微儀III (13)，能夠保證霍爾傳感器(15)在U型磁鐵I (12)和U型磁鐵II(17)產(chǎn)生的磁場中移動。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種多種傳感器測量位移量的物理原理教學(xué)綜合演示裝置，其特征在于，所述的電容傳感器固定端(19)固定在電容傳感器支座(18)上，并位于底座(23)的左下角；螺旋測微儀IV (22)固定在螺旋測微儀支座IV (21)上，螺旋測微儀IV (22)的右端面固定有電容傳感器移動端(20);調(diào)節(jié)螺旋測微儀IV (22)，可以調(diào)節(jié)電容傳感器移動端(20)和電容傳感器固定端(19)相互交叉重合的面積。
專利摘要本實用新型涉及一種多種傳感器測量位移量的物理原理教學(xué)綜合演示裝置，演示出四種常見的傳感器的原理和在位移量測量中的應(yīng)用，包含了基于光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)和力學(xué)原理的位移測量方法。該物理教學(xué)綜合演示裝置由底座平臺對稱分布的四種傳感器、鍵盤輸入?yún)^(qū)、數(shù)據(jù)顯示區(qū)域及其控制系統(tǒng)組成。其中，傳感器包括光纖傳感器、霍爾傳感器、電容傳感器和應(yīng)變式傳感器。光纖傳感器用于測量出光纖傳感器與反射鏡間的距離變化?；魻杺鞲衅鳒y量出霍爾傳感器在磁場中的移動距離。電容傳感器測量電容傳感器移動端插入電容傳感器固定端的位移。應(yīng)變式傳感器用于測量金屬懸臂梁的形變位移。
文檔編號G09B23/18GK202373217SQ20112045354
公開日2012年8月8日 申請日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者馮毅, 姜永恒, 張佳權(quán), 林曉瓏, 王方, 馬松 申請人:吉林大學(xué)