專利名稱：阻尼、受迫振動(dòng)實(shí)驗(yàn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于高等學(xué)校學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)儀器。
阻尼、受迫振動(dòng)是高等學(xué)校學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)的重要選題之一。由于可供選擇的儀器甚少，多年來一直使用扭擺式共振儀，詳見《普通物理實(shí)驗(yàn)(一、力學(xué)、熱學(xué)部分)》，楊述武主編，高等教育出版社，1982年。它的構(gòu)造主要是一銅環(huán)擺輪與盤形螺旋彈簧內(nèi)端相連，并可繞鉛直軸左右擺動(dòng)，彈簧的外端通過杠桿把力矩傳到扭擺上。杠桿同時(shí)通過連桿接偏心輪。偏心輪的轉(zhuǎn)速由電機(jī)的調(diào)速機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)。阻尼的大小由改變電磁鐵電流控制。為測(cè)量外加強(qiáng)迫力矩和受迫振動(dòng)二者的位相差，在環(huán)形標(biāo)尺的零點(diǎn)下方設(shè)置了光電觸發(fā)器，當(dāng)指針通過零點(diǎn)時(shí)，由光電觸發(fā)器產(chǎn)生一高壓脈沖，使擺輪指針尖端在環(huán)形標(biāo)尺上產(chǎn)生一放電火花，由火花的位置及相應(yīng)的幅值可計(jì)算出值。其構(gòu)造比較繁瑣，而且需用高壓電源，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)要特別小心。
本實(shí)用新型的目的就是設(shè)計(jì)一種實(shí)用的阻尼、受迫振動(dòng)實(shí)驗(yàn)儀，在保留扭擺結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)阻尼調(diào)節(jié)、電動(dòng)機(jī)選擇、調(diào)速電路以及整個(gè)控制電路等方面均作了實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，還增加了與通用數(shù)字計(jì)時(shí)儀器的接口電路，可方便地與常用數(shù)字計(jì)時(shí)儀器聯(lián)接。本阻尼、受迫振動(dòng)實(shí)驗(yàn)儀與傳統(tǒng)的扭擺式共振儀相比，具有操作方便、測(cè)量速度快、重量輕、耗電省、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)撤去了高壓電源，學(xué)生實(shí)驗(yàn)更安全可靠，測(cè)量的速度和精確度都大大提高。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，由擺盤、策動(dòng)裝置、阻尼調(diào)節(jié)裝置、光電信號(hào)輸出接口以及相應(yīng)的電路組成的阻尼、受迫振動(dòng)實(shí)驗(yàn)儀，策動(dòng)裝置是由高質(zhì)量的錄音機(jī)用電動(dòng)機(jī)配合LA5511或類似的調(diào)速穩(wěn)速電路及減速裝置組成，阻尼調(diào)節(jié)裝置則采用強(qiáng)磁鋼配合螺紋進(jìn)退調(diào)節(jié)。在刻度盤零點(diǎn)上下各安裝一擋光式紅外光電耦合器，通過電路輸出擺盤指針過零與策動(dòng)桿過零的電脈沖信號(hào)，并可與通用數(shù)字計(jì)時(shí)儀器相聯(lián)接，測(cè)量周期及位相差?？潭缺P上每10度裝有一發(fā)光二極管，通過相應(yīng)的開關(guān)可在策動(dòng)桿過零點(diǎn)時(shí)瞬間發(fā)光，用以測(cè)量位相差。據(jù)我們調(diào)查研究，尚未見到國(guó)內(nèi)外有類似設(shè)計(jì)方案的同類儀器。
以下結(jié)合附圖對(duì)該阻尼、受迫振動(dòng)實(shí)驗(yàn)儀作詳細(xì)說明。


圖1為儀器整體示意圖，圖2為阻尼調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為整機(jī)電路圖。
圖1、2中，A為擺盤，通過盤香狀彈簧B與策動(dòng)桿C聯(lián)接，策動(dòng)桿C不動(dòng)時(shí)，擺盤A可繞軸作自由振動(dòng)，振動(dòng)幅角可通過指針D與度盤E讀出。轉(zhuǎn)盤F由直流電動(dòng)機(jī)M(見圖3)通過減速裝置帶動(dòng)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)盤F隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)聯(lián)桿G與策動(dòng)桿C，并通過盤香狀彈簧B向擺盤A施加一周期性策動(dòng)力，使擺盤A作受迫振動(dòng)。調(diào)節(jié)阻尼調(diào)節(jié)手輪I，通過螺桿可改變稀土合金強(qiáng)磁體H與擺盤A的距離，從而調(diào)節(jié)擺盤振動(dòng)的阻尼度。間隙J處放置一壓縮彈簧(未畫出)，以消除阻尼調(diào)節(jié)時(shí)螺桿與螺母間隙引起的回程差。
圖3中的Q1，Q2為兩只擋光式光電耦合器。分別置于刻度盤E零點(diǎn)的上、下方，當(dāng)指針D過零點(diǎn)時(shí)，Q1發(fā)出脈沖信號(hào)，當(dāng)策動(dòng)桿C過零點(diǎn)時(shí)，Q2發(fā)出脈沖信號(hào)。K2合向1，K3合向2時(shí)，Q1的脈沖信號(hào)經(jīng)IC1整形后，經(jīng)過IC3、IC4及兩只晶體管T2、T3通過J1輸出給數(shù)字計(jì)時(shí)儀器(如VAFN多用數(shù)字測(cè)試儀)，可方便地測(cè)量擺盤A的振動(dòng)周期T。同樣當(dāng)K2合向1，K3合向1時(shí)，可方便地測(cè)量策動(dòng)力的周期。當(dāng)K2合向2時(shí)，通過J1的計(jì)時(shí)儀器讀出的是策動(dòng)桿C與擺盤指針D過零點(diǎn)的時(shí)間差Δt，由此可算出策動(dòng)力與擺盤振動(dòng)的位相差
或
。Dn為32只發(fā)光二極管，16只一組串聯(lián)，再兩組并聯(lián)，安裝于刻度盤E上，每隔10度裝1只，零(度)點(diǎn)及180度兩點(diǎn)不裝，當(dāng)K3合向2，K4合上時(shí)，策動(dòng)桿C過零點(diǎn)，Dn即發(fā)出短暫閃光，實(shí)驗(yàn)者可根據(jù)閃光瞬間擺盤指針D所處的角度/Δθ，與擺盤振幅θ算出策動(dòng)力與擺盤振動(dòng)的位相差
。直流電動(dòng)機(jī)M采用錄音機(jī)專用的小型電動(dòng)機(jī)，再配用LA5511或類似的調(diào)速穩(wěn)速電路及減速裝置，可方便地調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，減速比為1∶30至1∶50，從而控制策動(dòng)力的周期。
圖3所示的電路安裝于
圖1右邊的控制箱K內(nèi)，面板上安裝電源開關(guān)、保險(xiǎn)絲盒、電動(dòng)機(jī)調(diào)速旋鈕、電表、開關(guān)及光電信號(hào)輸出插口等，可方便地對(duì)儀器進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)。
根據(jù)以上說明可知，配合秒表或光電計(jì)時(shí)儀器，可完成以下幾個(gè)內(nèi)容的物理實(shí)驗(yàn)。
1.研究不同阻尼情況下，扭擺振動(dòng)衰減情況，測(cè)定阻尼系數(shù)。
2.研究不同阻尼下，扭擺振幅與策動(dòng)力頻率的關(guān)系，即受迫振動(dòng)的幅頻特性。
3.研究不同阻尼下，扭擺與策動(dòng)力位相差隨策動(dòng)力頻率的變化關(guān)系，即受迫振動(dòng)的相頻特性。
制成的樣機(jī)與扭擺式共振儀相比，具有測(cè)量速度快，重量輕，耗電省，性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，測(cè)量精確度也有所提高。
權(quán)利要求1.由擺盤、策動(dòng)裝置、阻尼調(diào)節(jié)裝置、光電信號(hào)輸出接口以及相應(yīng)的電路組成的阻尼、受迫振動(dòng)實(shí)驗(yàn)儀，其特征是策動(dòng)裝置由高質(zhì)量的錄音機(jī)用電動(dòng)機(jī)配合LA5511或類似的調(diào)速穩(wěn)速電路及減速裝置組成，減速比為1∶30至1∶50。
2.由權(quán)利要求1所述的阻尼、受迫振動(dòng)實(shí)驗(yàn)儀，其特征是阻尼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用強(qiáng)磁鋼配合螺紋進(jìn)退調(diào)節(jié)。
3.由權(quán)利要求1所述的阻尼、受迫振動(dòng)實(shí)驗(yàn)儀，其特征是在刻度盤零點(diǎn)上下各安裝一擋光式紅外光電耦合器，可通過電路輸出擺盤指針過零與策動(dòng)桿過零的電脈沖信號(hào)，刻度盤上每10度裝有一發(fā)光二極管，通過相應(yīng)的開關(guān)，可在策動(dòng)桿過零點(diǎn)時(shí)瞬間發(fā)光。
專利摘要本實(shí)用新型是一種由擺盤、策動(dòng)裝置、阻尼調(diào)節(jié)裝置、光電信號(hào)輸出接口以及相應(yīng)的電路組成的阻尼，受迫振動(dòng)實(shí)驗(yàn)儀，可用于高等學(xué)校物理實(shí)驗(yàn)，測(cè)定阻尼系數(shù)、受迫振動(dòng)的幅頻特性、相頻特性等。與傳統(tǒng)的扭擺式共振儀相比，具有操作方便、測(cè)量速度快、重量輕、耗電省、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，測(cè)量精確度也有所提高。
文檔編號(hào)G09B23/10GK2265565SQ96232100
公開日1997年10月22日 申請(qǐng)日期1996年6月18日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月18日
發(fā)明者何捷, 周延懷, 陳屏屏 申請(qǐng)人:南京師范大學(xué)