[实用新型]基于椭圆环形复摆的转动惯量测量装置

说明书

本实用新型公开了一种基于椭圆环形复摆的转动惯量测量装置，包括固定刀口、椭圆环，所述椭圆环的顶点挂于固定刀口上，所述椭圆环以固定刀口为转轴可在竖直平面内以小于5⁰的摆角摆动，所述椭圆环的底端固定安装有小磁钢，所述小磁钢的下方设置有巨磁电阻传感器，所述巨磁电阻传感器连接有单片机。本实用新型基于椭圆环形复摆的转动惯量测量装置，椭圆形复摆形式简洁，摆动稳定，并且在同一平面内摆动，可以通过测量周期等数据得到实验值，也可以通过测量椭圆环的几何尺寸得到理论值，并计算其误差；巨磁电阻传感器和单片机的使用能够使时间的测量更加简化，测量更精确。不需要手动按秒表计时，也不要调节光电门的位置。

技术领域

本实用新型涉及一种转动惯量测量装置，特别涉及一种基于椭圆环形复摆的转动惯量测量装置。

背景技术

测定物体的转动惯量，有动力学法和振动法两类，动力学法主要的测量原理是利用转动定律，如转动惯量实验仪，通过测量一定时间内力矩和角速度变化的关系得到；振动法主要的测量原理是测量物体的振动周期，如扭摆、三线摆、复摆等，通过周期与物体本身属性的关系得到。由于这几个物理量的精确测定都有一定困难，所以，测定转动惯量的测量步骤较多，测量过程较为复杂，测量误差较大。同时，由于阻力的存在，会带来一些误差。

传统的复摆可以是任意形状的，最主要的是方铁柱形加一个可移动的重锤，测量转动惯量原理清楚，测量方法是通过测量振动周期和摆的质量等数据后计算得到，但是其转动惯量的理论值无法确定，实验后难以确定测量误差。用圆环做复摆，虽然可以确定转动惯量的理论值，但其摆动时稳定性不够。

传统的方法是用光电传感器制作的计时器。由于受干扰因素较多，在实践中发现有灵敏度不够，部分挡光条挡光时没有反应，有时其他光产生的影子也会引起计时误差，其次，光电门和挡光条位置的调节也较繁锁，挡光条位置太深会与光电门发生碰撞，位置太浅又会发生不计时的现象。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供一种基于椭圆环形复摆的转动惯量测量装置。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

基于椭圆环形复摆的转动惯量测量装置，包括固定刀口、椭圆环，所述椭圆环的顶点挂于固定刀口上，所述椭圆环以固定刀口为转轴可在竖直平面内以小于50的摆角摆动，所述椭圆环的底端固定安装有小磁钢，所述小磁钢的下方设置有巨磁电阻传感器，所述巨磁电阻传感器连接有单片机。

更进一步的，所述椭圆环的半长轴是半短轴的2-3倍。

更进一步的，所述小磁钢固定在椭圆环上随椭圆环一起左右运动，小磁钢每一次靠近巨磁电阻传感器，所述巨磁电阻传感器输出一个高电压给单片机，圆环复摆连续的摆动使巨磁电阻传感器输出连续的脉冲电压给单片机。

更进一步的，所述巨磁电阻传感器包括四个GMR电阻组成的电桥，其中，位于电桥对角位置的两个电阻覆盖一层屏蔽层，另外两个电阻的阻值随外磁场改变。

更进一步的，所述屏蔽层为磁通聚集器，采用高导磁率的材料。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)椭圆形复摆形式简洁，摆动稳定，并且在同一平面内摆动，可以通过测量周期等数据得到实验值，也可以通过测量椭圆环的几何尺寸得到理论值，并计算其误差。

(2)提高测量的效率。

用光电门测量时间干扰因素较多，误差较大，巨磁电阻传感器和单片机的使用能够使时间的测量更加简化，测量更精确。不需要手动按秒表计时，也不要调节光电门的位置。

(3)提高测量的精度

因为单片机测量的是脉冲的周期，如果取50个脉冲的周期的平均值，则测量精度可以提高一个数量级。

附图说明