[实用新型]一种数字化共振演示仪及测量材料杨氏模量的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于教学实验设备技术领域，特别涉及一种共振演示仪以及一种测量杨氏模量的装置；

背景技术

共振是比较常见的物理现象，共振现象的课堂演示是许多物理教师向学生展示物理现象魅力而普遍采用的经典方法。这种实验简单易行、物事理清、容易复现。然而传统的演示仪器，尽管可以调整策动力频率使系统出现共振，但由于缺乏定量化或数字化的设备，使调整过程比较漫长，不仅导致学生失去耐心，兴趣减弱，也占用不少课堂时间。

图1是比较常见的共振演示仪，底座与可转动横杆的一端通过销钉连接，横杆上边固定排列了几根薄钢片，同时横杆的另一端固定一振动电机且与底座之间用弹簧支撑。

振动电机通过电源的输出电压调速，电机额定转速为3500r/min，因此当振动电机转动时可以产生058Hz频率连续可调的周期策动力。该仪器存在三点不足：第一，结构不稳定，比如因振动销钉容易松动、脱落，并产生左右的横向摆动，于是薄钢片振动变得复杂；第二，电源输出电压不稳，电源的针式电压表显示数据不稳定；第三，设备无转速或频率显示，难以快速准确实现共振。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种数字化的可直接读出振动频率的共振实验演示装置，解决现有共振演示装置不能定量化的问题。

具体的本实用新型技术方案如下：

一种数字化共振演示仪，包括底座、横杆，其中横杆的一端与底座之间通过转轴连接，横杆上固定排列有若干长条形薄片，横杆的另一端设置有策动力发生装置且该端横杆与底座之间由弹簧支撑连接，其特征在于还设有计数传感器、控制运算电路以及数显装置，其中所述的计数传感器用以获得策动力的周期信号，计数传感器获得的信号经过控制运算电路的处理后将策动频率显示在数显装置上。长条形薄片的一端安装在横杆上，横杆在策动力发生装置的作用下获得策动力，从而带动长条形薄片振动，改变策动力发生装置的振动频率，计数传感器实时获取振动频率信息，信息经过控制运算电路处理，将频率显示在数显装置中，从而实现共振演示仪的数字化定量显示。此处的弹簧支撑连接也可以替换为其他弹性连接方式，例如可以用弹性橡胶支撑或者弹性橡皮绳吊装；甚至可以是在基板上与横杆上相对位置安装的同名磁极支撑，同名磁铁相排斥，这种连接方式底座与横杆的同名磁极之间由于排斥作用并不会直接接触，还能有效的减小振动能量损失。

上述技术方案中，计数传感器由遮光片与槽型光耦器件组成，遮光片周期性的遮挡槽型光耦器件发出的探测光从而获得计数电压信号。

上述技术方案中，策动力发生装置为振动电机。

上述技术方案中，遮光片安装在所述振动电机的转轴上，槽型光耦器件安装在所述振动电机的侧壁上用于接收遮光片转动时的计数电压信号。

优选的技术方案：

上述技术方案中，控制运算电路为双电压比较器集成电路LM393。

上述技术方案中，底座上还设置有数显卡尺，其中数显卡尺与长条形薄片方向平行，数显卡尺中的位置传感器的信号输入到所述的控制运算电路中。在发生共振时，移动数显卡尺的游标，分别拾取薄钢片上的波形位置信息而得到半波长。

上述技术方案中，长条形薄片为矩形薄钢片。薄钢片是价格低廉实验室常用的材料，且可以直接在市场上购买到不同规格的薄钢片，降低了实验装置成本。

上述技术方案中，所述长条形薄片与底座平行设置于横杆上。底座水平放置在试验台上，则长条形薄片水平设置于横杆上。

上述技术方案中，所述的转轴与所述横杆之间的连接关系为螺纹副连接。螺纹副的连接方式有效地避免了横杆沿转轴轴向的横向移动，从而提高仪器的稳定性。

基于上述的数字化共振演示仪的技术方案，本实用新型还提供了一种测量材料杨氏模量的装置，具体的该装置的技术方案如下：

一种测量材料杨氏模量的装置，包括底座、横杆，其中横杆的一端与底座之间通过转轴连接，横杆上固定排列有若干长条形薄片，横杆的另一端设置有策动力发生装置且该端横杆与底座之间由弹簧支撑连接，其特征在于还设有计数传感器、控制运算电路、数显装置以及数显卡尺，其中数显卡尺与长条形薄片方向平行，计数传感器获得的信号与数显卡尺中的位置传感器的信号输入到所述的控制运算电路中，经过控制运算电路的处理后将运算结果输入数显装置上。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点:：