[实用新型]一种利用手机光传感器测量弹簧劲度系数的装置

说明书

本实用新型提供了一种利用手机光传感器测量弹簧劲度系数的装置，属于弹簧实验设备领域。本实用新型的技术方案由气垫导轨、待测弹簧、LED光源、滑块振子、手机等组成，利用手机光传感器精确测量待测弹簧水平方向简谐振动的周期，进而测量出待测弹簧的劲度系数。本实用新型要解决的技术问题是利用手机传感器准确测量待测弹簧简谐振动的周期。本实用新型提供的弹簧劲度系数测量仪具有方便准确地测量弹簧振子的振动周期，以及自动记录和保存测量数据等优点。

技术领域

本实用新型属于弹簧实验设备领域，具体涉及一种利用手机光传感器测量弹簧劲度系数的装置。

背景技术

弹簧劲度系数是弹簧材料的一个重要参数。弹簧劲度系数是弹簧的固有性质，由弹簧材料的性质所决定，与其他因素无关。劲度系数是指在发生弹性形变时(适用胡克定律)，弹簧的弹力F和弹簧的伸长量(或压缩量)△X之比，即k＝F/△X。

目前实验上常用静态拉伸法、动态谐振法来测量弹簧的劲度系数。静态拉伸法是在竖直的弹簧下端悬挂一砝码，当砝码平衡时，弹簧的回复力与砝码的重力大小相等，此时，用砝码的重力除以弹簧的伸长量即为弹簧劲度系数。

经典动态谐振法是在竖直的弹簧下端固定一砝码，沿弹簧竖直方向加一适当的外力，当外力撤销后，弹簧在回复力的作用下开始做简谐振动，测量该简谐振动的周期，即可获得弹簧的劲度系数。

静态拉伸法使用天平测量砝码质量、直尺测量弹簧伸长量，存在较大的测量误差；动态谐振法使用秒表计来测定弹簧振子的周期，往往会由于操作者按压秒表的延迟或者提前，而导致周期测量不准确。可见，现有的技术存在测量精度较低、智能化程度较低等不足。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种利用手机光传感器测量弹簧劲度系数的装置，利用手机光传感器提高对简谐振动周期的测量精度。

本实用新型采用如下技术方案：一种利用手机光传感器测量弹簧劲度系数的装置，其特征在于：包括气垫导轨、待测弹簧、LED光源、滑块振子、手机；

所述气垫导轨水平放置；所述待测弹簧的一端固定在所述气垫导轨一侧，所述待测弹簧的另一端与所述滑块振子固定连接；

所述滑块振子与所述待测弹簧固定连接，所述滑块振子中部开有小孔，利于所述LED光源发射的光通过；

所述LED光源发射出平行光束，在所述待测弹簧静止状态时，该平行光束能通过所述滑块振子中部的小孔入射到所述手机的光传感器。

需要说明的是：所述手机硬件上必须包含有光传感器，安装有phyphox软件，使用的是phyphox软件中的光传感器模块；为了避免振动时操作手机对测量造成的影响，可设置phyphox执行定时运行功能，设置启动延时时间以及设置实验时长。

气垫导轨水平放置，利用气源将压缩空气送入导轨内腔，空气再由导轨表面的小孔喷出，在导轨表面和所述滑块振子之间形成很薄的气垫层，因而大大减小了所述滑块振子在水平方向的摩擦力；

利用手机光传感器的弹簧劲度系数测量仪的操作步骤如下：

A、按图1所示安装好弹簧劲度系数测量仪；

B、测量所述待测弹簧的质量m、所述滑块振子的质量M；

C、在所述滑块振子的水平方向施加一初始拉力，使所述待测弹簧及所述滑块振子开始作简谐振动；

D、打开所述手机中安装好的phyphox软件，打开phyphox软件中的光传感器模块，记录上述简谐振动的周期T；

E、将上述测量量代入到公式即可计算出待测弹簧的劲度系数k。

与经典静态拉伸法、经典动态谐振法相比，本实用新型具有以下优点：