一种自由落体重力加速度测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种自由落体重力加速度测量装置，包括支架、立柱、铅垂线、接落盒、小铁球、电磁铁、三个光电门、自由落体重力加速度测试仪以及PC机，支架上方固定有立柱，立柱侧边有螺丝固定槽，螺丝固定槽设有上下移动的螺丝，立柱的顶端设置有电磁铁，电磁铁与所述光电门的插头对应插入自由落体重力加速度测试仪的接口，将光电门固定在支架的适当位置；电磁铁的开关控制小铁球自由下落，通过USB延长线连接自由落体重力加速度测试仪到PC机，接落盒接受下落的小铁球，自由落体重力加速度测试仪收集数据，自动计算、存储测量数据，并显示测量值和误差。本发明专利技术操作简单，应用高效，提高精度，节约成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机电一体化及信息
，涉及一种自由落体重力加速度测量装置。
技术介绍
自由落体重力加速度测量是非常重要的技术，在科学研究和中学物理实验教学中占据重要地位。其测量装置是通过测量自由落体运动的距离和时间，根据h＝v0t+gt2/2公式计算重力加速度大小。目前，自由落体重力加速度测量装置大多由支架、电磁铁、小铁球、三个光电门、电子计时器构成。实验前，调整支架铅垂，安装光电门于支架的上、中、下适当位置。实验时，用电磁铁控制小球做自由落体运动，并测得两段下落高度和下落时间，根据公式h＝v0t+gt2/2计算加速度的值，其中v0是相同的。这种测量方式需要手工记录测量数据并进行复杂计算，缺乏信息化管理，效率低下；成本相对较高；精度有限，一般误差为2％左右。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提高测量效率，提供一种自由落体重力加速度测试仪，其特点是由PC机自动收集、计算和保存测量数据，大大提高工作效率；测量精度提高；同时节省了电子计时器，降低仪器成本。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种自由落体重力加速度测量装置，包括支架、立柱、铅垂线、接落盒、小铁球、电磁铁、三个光电门、自由落体重力加速度测试仪以及PC机，所述支架上方固定有立柱，所述的立柱侧边有螺丝固定槽，所述的螺丝固定槽设有上下移动的螺丝，所述立柱的顶端设置有电磁铁，所述的电磁铁与所述光电门的插头对应插入所述自由落体重力加速度测试仪的接口，将所述的光电门固定在所述支架的适当位置；所述的电磁铁的开关控制所述小铁球自由下落，通过USB延长线连接所述自由落体重力加速度测试仪到所述PC机，所述的接落盒接收下落的小铁球；所述的铅垂线的上段固定于电磁衔铁中心，中间紧穿多颗球形橡胶粒子，下段连接铅锤；所述自由落体重力加速度测试仪收集、传送数据；所述的PC机设置有自动测量模块，用于自动计算、存储测量数据并显示测量值和误差。进一步地，所述自由落体重力加速度测试仪包括光电门数据输入接口电路、单片机数据处理电路、USB转UART输出接口电路和电磁铁控制电路，所述的光电门数据输入接口电路、所述USB转UART输出接口电路分别与所述单片机数据处理电路连接；所述电磁铁控制电路控制电磁铁。进一步地，所述小铁球为导弹形，前段中间嵌入挡光板，尾部设有四片尾翼。进一步地，所述的铅垂线采用无伸缩变形的尼龙丝织软线。进一步地，所述支架为可调节直立角度的支架。进一步地，所述的电磁铁控制电路包括电磁线圈和微型自锁开关。进一步地，所述光电门的一端有线型光源，另一端设有光敏管，所述线型光源的光线通过小孔照射光敏管并改变光敏管的电阻。进一步地，所述球形橡胶粒子的数目为11颗。进一步地，所述球形橡胶粒子的直径为2mm，所述球形橡胶粒子的间距为10cm。本专利技术与现有技术相比，具有以下技术效果：本专利技术利用信息技术收集、处理、存储和显示实验数据，操作简单、应用高效；本专利技术由于计时非常精确，误差完全可以忽略，而且采用了变形小球和利用铅垂线断光定位光电门，因此本专利技术提高了测量精度；本专利技术还节约成本。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。图1为本专利技术的一种自由落体重力加速度测量装置示意图；图2为本专利技术的一种自由落体重力加速度测量装置的高度测量原理图；图3为本专利技术的一种自由落体重力加速度测量装置的小铁球的主视图；图4为本专利技术的一种自由落体重力加速度测量装置的小铁球的侧视图；图5为本专利技术的一种自由落体重力加速度测量装置的数据处理流程图；图6-8分别为本专利技术的三个光电门数据输入接口电路原理图；图9为本专利技术的输出接口电路原理图；图10为本专利技术的电磁铁控制电路的原理图；图11为本专利技术的测试界面图；图12为本专利技术的测量数据浏览界面示意图；图13为本专利技术的测量数据管理功能界面示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。图1为本专利技术的一种自由落体重力加速度测量装置示意图。本申请的测量装置包括支架1、立柱2、铅锤线、接落盒、小铁球、电磁铁4、三个光电门3、自由落体重力加速度测试仪以及PC机，所述支架1上方固定有立柱2，所述的立柱2侧边有螺丝固定槽，所述的螺丝固定槽设有上下移动的螺丝，所述立柱2的顶端设置有电磁铁，所述的电磁铁4与所述光电门3的插头对应插入所述自由落体重力加速度测试仪的接口，将所述的光电门3固定在所述支架的适当位置；所述的电磁铁的开关控制所述小铁球自由下落，通过USB延长线连接所述自由落体重力加速度测试仪到所述PC机，所述的接落盒接收下落的小铁球，铅垂线的上段固定于电磁衔铁中心，中间紧穿多颗球形橡胶粒子，下段连接铅锤，用于检测立柱是否竖直，将铅垂线上端铁块吸附在电磁铁下，让下端铅锤自由悬挂，使得铅垂线正中通过三个光电门的光路中心。所述自由落体重力加速度测试仪收集数据，所述的PC机设置有自动测量模块，用于自动计算、存储测量数据并显示测量值和误差。图2为本专利技术的高度测量原理图，如图2所示，铅垂线采用无伸缩变形的尼龙丝织软线，上段固定于电磁衔铁中心；中间紧穿11颗直径为2毫米球形橡胶粒子6，该直径为光电门射光孔直径，其间距皆为10厘米；下段连接铅锤5，光电门包括光电门发射管9、光电门接收管8和光柱7。支架1为可调节直立角度的支架。支架根据实际的路面情况进行调节，使得立柱垂直放置。小铁球下落过程中，先后经过上、中、下三个光电门，因遮挡光线致使光电门的光敏电阻大幅增大而输出低电平。图3为本专利技术的小铁球的主视图；图4为本专利技术的小铁球的侧视图；结合图3和图4，小铁球由铁块加工而成，其外形为导弹形，因此又称为导弹落体，长度为40mm，宽度为16mm。导弹落体设计为椭圆形，以尽量减小空气阻力。椭圆体中间嵌入一块厚度为2mm底部平齐的挡光板，保证三个光电门遮光位置精确相同，减小高度误差。其尾部设有四片尾翼，确保下落过程中的平衡，防止旋转。测量时，合上电磁铁电源开关，将导弹落体挡光板垂直于光电门光路方向吸附在电磁铁下。所述自由落体重力加速度测试仪包括光电门数据输入接口电路、单片机数据处理电路、USB转UART输出接口电路和电磁铁控制电路，所述的光电门数据输入接口电路、所述USB转UART输出接口电路和所述电磁铁控制电路分别与所述单片机数据处理电路连接。方框图如图5所示。光电门数据输入接口电路是三路两级三极管开关电路，在光电门输出电平的控制下，接口电路通常输出高电平，光电门被遮光时输出低电平。单片机采用STC89C52最小系统，为方便程序下载，设置了上电复位开关。USB转UART输出接口电路采用CH340G芯片，是单片机与PC机之间的数据传输接口。通过CH340G芯片既可以下载程序到单片机，又可将单片机的数据经USB口发送给PC机。电磁铁控制电路仅有电源连线和微型自锁开关构成。由于功率较小，仅1W左右，所以上述电路全部使用PC机USB口提供的正本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自由落体重力加速度测量装置，其特征在于：包括支架、立柱、铅垂线、接落盒、小铁球、电磁铁、三个光电门、自由落体重力加速度测试仪以及PC机，所述支架上方固定有立柱，所述的立柱侧边有螺丝固定槽，所述的螺丝固定槽设有上下移动的螺丝，所述立柱的顶端设置有电磁铁，所述的电磁铁与所述光电门的插头对应插入所述自由落体重力加速度测试仪的接口，将所述的光电门固定在所述支架的适当位置；所述的电磁铁的开关控制所述小铁球自由下落，通过USB延长线连接所述自由落体重力加速度测试仪到所述PC机，所述的接落盒接收下落的小铁球；所述的铅垂线的上段固定于电磁衔铁中心，中间紧穿多颗球形橡胶粒子，下段连接铅锤；所述自由落体重力加速度测试仪收集、传送数据；所述的PC机设置有自动测量模块，用于自动计算、存储测量数据并显示测量值和误差。

【技术特征摘要】
1.一种自由落体重力加速度测量装置，其特征在于：包括支架、立柱、铅垂线、接落盒、小铁球、电磁铁、三个光电门、自由落体重力加速度测试仪以及PC机，所述支架上方固定有立柱，所述的立柱侧边有螺丝固定槽，所述的螺丝固定槽设有上下移动的螺丝，所述立柱的顶端设置有电磁铁，所述的电磁铁与所述光电门的插头对应插入所述自由落体重力加速度测试仪的接口，将所述的光电门固定在所述支架的适当位置；所述的电磁铁的开关控制所述小铁球自由下落，通过USB延长线连接所述自由落体重力加速度测试仪到所述PC机，所述的接落盒接收下落的小铁球；所述的铅垂线的上段固定于电磁衔铁中心，中间紧穿多颗球形橡胶粒子，下段连接铅锤；所述自由落体重力加速度测试仪收集、传送数据；所述的PC机设置有自动测量模块，用于自动计算、存储测量数据并显示测量值和误差。2.根据权利要求1所述的一种自由落体重力加速度测量装置，其特征在于：所述自由落体重力加速度测试仪包括光电门数据输入接口电路、单片机数据处理电路、USB转UART输出接口电路和电磁铁控制电路，所述的光电门数据输入接口电路、所述USB转...

【专利技术属性】
技术研发人员：滕德虎，陈冲锋，刘琳，高佑雨，解军，季晓宝，
申请(专利权)人：滕德虎，
类型：发明
国别省市：安徽;34