直线运动轨迹显示器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种依靠光电技术实现的非接触式直线运动轨迹显示器，属于物理实验仪器领域。其主要特征是用数目和厚度相同且厚度很小的光电探测器件和电光器件对应排列二行，光子探测器件的工作电压为可控矩形脉冲电压，起计时作用。该仪器与气垫导轨或自由落体导轨平行组合使用，用运动的光束照射光子探测器件，可使电光器件醒目的显示并记忆下各等时离散的运动轨迹点，起到频闪照相法的等效作用，可广泛用于大、中学的物理实验。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于普通物理实验的
目前，在直线运动(包括自由落体运动，下同)的实验方法上，可分为二大类。第一类方法是二点时间测量法，从运动轨迹中取二个测量点，安上光电门和数字计时器，这类方法又可分为二种方式一种方式是测量物体经过这二个点附近处的极短时间，从而求出运动物体经过这二个点的瞬时速度和加速度；另一种方式是测量运动物体从静止开始到这二个点的时间，直接计算出加速度，这种方式适合初速度为零的匀加速直线运动，如用自由落体运动测定重力加速度。第二类方法是等时离散描迹法，这类方法有多种方式常用的方式有电磁打点计时器“打点”描迹、电火花计时器“打孔”描迹、电动音叉周期性“划波”描迹、液点计时器“喷液”描迹和频闪照像“留影”描迹等。两类方法的实验都需要摩擦力很小的导轨。两类方法的比较第一类方法的优点是实验准备、组合简单，操作方便，实验数据少，计算简便，缺点是不能记录运动轨迹，只有在测时后才能计算出瞬时速度和加速度，因此，不具有直观性，不适宜作演示设备。第二类方法可以在相应载体上记录下等时离散的轨迹点，从轨迹点的分布上就可直观的、形象的、定性的看出运动速度变化的快慢，用逐差法处理离散轨迹点间的数据，便可求得加速度和瞬时速度，准确度高。该方法的缺点是实验准备、组合复杂，需要专用描迹装置，每实验一次都要重新装置专用的描迹载体，有的描迹过程存在一定的描迹摩擦，操作过程也较为复杂。例如用频闪照相法实验，设备的组合和操作过程均复杂，结果只能等照片冲洗出来后才能看出，显然，这种方法不能推广为学生实验，也不能在课堂上演示。本技术的目的在于克服上述实验方法的缺点，提供一种依靠光电探测和电光显示技术实现的一种直线运动轨迹显示器。经河南省专利代理中心文献室光盘检索，截止到1997年底，国内还没有类似本技术的专利记载。本技术的任务是提供一种依靠运动光束照射、光子探测器件传感、电光显示器件发光显示、具有记忆功能的直线运动轨迹显示器。它能够形象、直观、瞬时、醒目显示并记忆移动光标运动全过程的连续轨迹或离散轨迹。离散的时间间隔是相等的并且可调，可适用较大的速度范围。它的功能经组合可以两用一是安放在气垫导轨上，可显示气垫导轨上运动物体连续和离散的轨迹，从而得出路程数据，求出加速度和瞬时速度等运动参数；二是可独立组合为自由落体运动实验仪，可显示自由落体运动的连续或离散轨迹，从而求出重力加速度和瞬时速度。本技术结合附图中的实施例作进一步说明附图说明图1是该仪器安在气垫导轨上的总体结构正面示意图；图2是图1的横面内部结构示意图；图3是图1的正面内部结构示意图；图4是该仪器组合为自由落体运动实验仪的总体结构示意图；图5是图4的横面内部结构示意图；图6是该仪器的电路原理方框图；图7是该仪器的电子线路图；图8是该仪器的工作波形图。附图中零部件和电路方框图序号．光电探测显示板．电光显示器件 ．标尺．光子探测器件 ．移动光标 ．聚光器．光源 ．电池组 ．光阑．光束 ．气垫导轨．电磁铁．连接件 ．电缆线 ．控制器．自由落体导轨 ．缓冲装置．底座．脉冲振荡电路 ．同步触发电路．电磁铁控制电路．开关门电路 ．反馈斩除电路后级．光电探测显示电路本技术直线运动轨迹显示器由光电探测显示板、控制器、移动光标和连接件组成。移动光标由电池组、光源、聚光器、光阑组成。可辐射出厚度小于d、宽度大于d的扁平光束，用来照射光子探测器件。移动光标的结构造型可使其悬浮在气垫导轨上滑行，也可放在自由落体导轨内自由下落。图2和图3的下半部是移动光标与气垫导轨之间的结构示意图，图5的下半部是移动光标与自由落体导轨之间的结构示意图。光电探测显示板(简称光电板，下同)是由光电探测显示电路连同外壳构成，光电探测显示电路是由n个相同的光电探测显示单元电路(简称光电单元，下同)组成，每个光电单元的光子探测器件和电光显示器件的厚度(或直径，下同)均为d，分别一一对应紧密排列成二行平行的直线状，与相应的电子器件焊接在长条型电路板上，连同外壳构成光电板。图1是光电板用连接件支承在气垫导垫上的示意图，图4是光电板与自由落体导轨组合为自由落体运动实验仪的示意图，图3的上半部是光电板正面结构的示意图，图2和图5的上半部是光电板的横面结构示意图。光子探测器件和电光器件厚度d的大小，根据要分辨的最小距离确定，器件的数目n根据实验导轨的长度而定，光电板的有效探显长度L=(n-1)d。移动光标的辐射光谱要与光子探测器件的探测光谱一致。控制器用于产生可控矩形脉冲电压。本实施例中的光子探测器件选用直径为2毫米的高灵敏度可见光光敏三极管，电光显示器件选用厚度为2毫米的发光二极管，器件数目n按适用1.2米长的气垫导轨来设计，n=540。移动光标用可见光源。本技术电路由以下6个部分组成1、脉冲振荡电路2、开关门电路3、电磁铁控制电路4、光电探测显示电路5、同步触发电路6、反馈斩除电路后级图6是该仪器的电路原理方框图，图7是该仪器的电子线路图。第4部分电路安装在光电探测显示板上，其余电路与电源电路安装在一起连同外壳组合为控制器。1、脉冲振荡电路由7556双定时器(也可用二块7555单定时器)、电压比较器A1、电容CT、电阻RT1～RT5、R1、R2、RP1和选择开关K1组成。其中的一个定时器(8-13脚)与电容CT、电阻RT1～RT5组成分档可调频率振荡器，用于选择离散时间。振荡器采用施密特触发形式，它的振荡频率仅决定RT和CT。电容CT上的充放电波形送到比较器A1与一个可调基准电压进行比较，基准电压从由R1、RP1和R2组成的分压器取得，调节RP1就可改变整形电压的阈值，从而改变比较器A1输出的矩形脉冲的占空比。由于调节占空比是在振荡器以外进行的，所以对频率不会发生影响。另一个定时器(2-7脚)的复位端(4脚)接受比较器A1的输出驱动，经同相整形后由输出端(5脚)输出矩形脉冲送到开关门电路的输入端I。由比较器A1产生的矩形脉冲经电容CW和电阻RW组成的微分电路变为尖顶脉冲，输送到同步触发电路的输入端，即晶闸管VSK4的控制极G4。脉冲振荡电路输出的矩形脉冲和尖顶脉冲除频率相同外，脉冲前沿同步。2、开关门电路由开管三极管V1、电阻R3、R4、R5、R6和晶闸管VSK1、VSK2组成。电阻R6接在发射极回路，构成射极跟随输出。开关管V1的发射极和电阻R6的连接点O为输出端，与光电探测显示电路的母线N相连接。电阻R3的一端I为输入端，与矩形脉冲输出端相连接。晶闸管VSK2接在电源与开关管V1的集电极之间，其控制极G2为开门端，与同步触发电路的输出相连接。晶闸管VSK1接在R3、R4的连接点与地之间，其控制极G1为关门端，与反馈斩除电路后级的输出端相连接，电阻R3、R4、R5的配置要求当晶闸管VSK1处于截止状态，输入端I有矩形脉冲为高电平时，开关管V1导通饱和；当输入端I无矩形脉冲为低电平时，开关管V1反向截止；当晶闸管VSK1导通接地时，无论输入端有无矩形脉冲，开关管均反向截止。电阻R10和发光二极管VLZ为开门指示电路。3、电磁铁控制电路由大功率三极管V2、二极管VDB、偏置电阻R11、R12、R13和晶闸管VSK3组成。晶闸管VSK3的控制极G3为电磁铁控制电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直线运动轨迹显示器，它与气垫导轨［１１］或自由落体导轨［１６］组合使用，其特征在于，它包括：控制器［１５］用电缆［１４］分别与光电探测显示板［１］和电磁铁［１２］相连接，输出可控制的矩形脉冲电压和直流电流，接受光电探测显示板［１］产 生的反馈斩除信号；移动光标［５］的结构造型可使其分别在气垫导轨上悬浮滑行和在自由落体导轨内自由下落，内有一个辐射光源，用于产生一个移动光束［１０］照射光电探测显示板［１］；光电探测显示板［１］，可用连接件［１３］与气垫导轨［１１］或 自由落体导轨［１６］组合使用，使其与导轨平行，并与移动光标［５］有一个很小的距离，用于接收移动光标［５］的照射，显示运动轨迹点，产生反馈斩除信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鸿健，
申请(专利权)人：刘鸿健，
类型：实用新型
国别省市：41[中国|河南]