[发明专利]双脉冲矢量测速系统和矢量速度计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及速度的矢量测量领域，具体而言，涉及一种双脉冲矢量测速系统和速度的矢量计算方法。

背景技术

在物理实验室或者物理教学中，以及一些运动规律探索中，经常会对物体的运动速度或者加速度进行测量，以便通过这些物理量，了解和发现物体运动规律，验证一些能量变换定律。在教学活动中，施教者通过物理实验测得矢量速度或者矢量加速度，以数据或图形的方式呈现能给受教者，取得更加直观和真实的观感，方便受教者对运动规律的理解，同时亦可激发参与者进一步探索的欲望。然而现有的速度测量实验装置（纸带、小车、火花发生器、钩码等）智能化低，常局限于实验准备、数据的收集和计算等基础工作中，速度的测量也只能按标量进行，不能反映速度的矢量特征，测量工作效率很低。对于运动规律的发现和对比这些真正需要的，能给人以启迪的工作做的很少。特别是对往返性运动规律的探索（如单摆）只局限在周期的观察中，不能用矢量速度的变化数据、用实时的图形来显示速度的变化过程，不能给人以一目了然的感觉。

对于与速度有关的物理量，如动量、摩擦力、碰撞等多是在理想状态下计算得来，较难通过实验获取相关数据。此外，借助智能工具，摒弃低端的人工劳动，建立大数据的规律发现已是新时代的需求。而将物体运动速度数据化、矢量化、实时图形化恰好能满足这一需求。因此，改变传统测速方式，使用智能化工具测量速度和加速度的矢量属性，在多次测量的大数据下进行图形显示，在对比中理解运动规律、验证和发现能量变化将是未来学习的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种双脉冲矢量测速系统和速度的矢量计算方法，配合物体运动方向、运动物体对运动面正压力、趋动力的测量实现了与矢量速度、矢量加速度有关物理量的探索，并对实时测量的数据进行图形化显示以改善上述的问题，满足未来学习需求。

为了达到上述目的，本发明实施例首先在硬件上采用如下所述的技术方案，目的是产生两个时序不同但拥有相同电平持续期特征属性的双脉冲信号。

一种双脉冲矢量测速系统，其特征在于测量运动物体的矢量速度。所述双脉冲矢量测速系统由光波发射装置、双脉冲检测生成单元和微处理器构成；所述双脉冲检测生成单元由双脉冲信号检测单元和电压双比较双脉冲生成器组成。至少一个所述双脉冲检测生成单元放置于物体运动路径上，所述双路信号检测的两个输出与所述电压双比较双脉冲生成器两个同相输入端电连接，两个电压取样输出端与所述电压双比较双脉冲生成器两个反相输入端电连接，所述电压双比较双脉冲生成器的两个输出与所述微处理器的两个外部中断电连接。其中所述光波发射装置包括光波发射模块、第一电阻和第一电源，所述光波发射模块的一端连接所述第一电源，所述光波发射模块的另一端通过所述第一电阻接地，所述光波发射单元发射特定波长的光波。

所述光波检测单元包括光波接收模块，第二电阻、第一电容和第二电源，所述光波接收模块的一端连接所述第二电源，所述光波接收模块的另一端通过第一电容连接所述第二电源，所述光波接收模块的另一端同时连接所述电压双比较双脉冲的一个同相输入端；所述光波接收模块的另一端同时通过所述第二电阻接地。

另一路所述光波检测单元包括光波接收模块，第六电阻、第二电容和第二电源，所述光波接收模块的一端连接所述第二电源，所述光波接收模块的另一端通过第二电容连接所述第二电源，所述光波接收模块的另一端同时连接所述电压双比较双脉冲的一个同相输入端；所述光波接收模块的另一端同时通过所述第六电阻接地。

所述双路信号检测单元是在运动轨道非重合位置上放置的两个相同的光敏信号检测电路，通过对两个检测元件位置的间距和光源（或遮挡物）大小的控制，使其能同时出现无光和有光的检测状态，这个合适的间距就是运动物体经过双检测检测的距离。所述信号检测方式有遮光检测法、照射检测法和反射检测法三种。

所述遮光检测法为所述光波检测单元不间断地接收所述光波发射单元发射的光波，利用运动物体遮挡所述光波发射单元发射的光波，在所述光波检测单元输出变化的电压信号。

所述照射检测法为所述光波发射单元附着于运动物体上，随物体而运动，所述光波检测单元平时接收不到所述光波发射单元发射的光波，当物体经过所述光波检测单元时，因接收到所述光波发射单元发射的光波，在所述光波检测单元输出变化的电压信号。