[發(fā)明專利]可實(shí)時(shí)時(shí)間顯示的拋射體運(yùn)動(dòng)研究的實(shí)驗(yàn)裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010226054.1
• 申請(qǐng)日: 2010-07-13
• 公開（公告）號(hào): CN101901560A
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣衛(wèi)建;陳一新;夏姣貞;顧智企
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G09B23/10
• 分類號(hào): G09B23/10
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及拋射體運(yùn)動(dòng)研究的實(shí)驗(yàn)裝置，尤其涉及一種可實(shí)時(shí)時(shí)間顯示的拋射體運(yùn)動(dòng)研究的實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

為使理工科大學(xué)生加深對(duì)運(yùn)動(dòng)獨(dú)立性原理的認(rèn)識(shí)，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中安排學(xué)生進(jìn)行對(duì)拋射體運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)通常是以方格紙為背景拋射一小球，采用照相拍攝小球運(yùn)動(dòng)軌跡，然后利用照片上小球運(yùn)動(dòng)軌跡的瞬時(shí)位置數(shù)據(jù)，包括X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)和在該位置的時(shí)間t，分別寫出它在X方向和Y方向的運(yùn)動(dòng)方程，來(lái)探索小球的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在使用膠卷照相機(jī)時(shí)代，為拍攝小球運(yùn)動(dòng)獲得照片上運(yùn)動(dòng)軌跡的瞬時(shí)位置是采用多次曝光法，即在黑暗環(huán)境中拋射一小球，打開照相機(jī)快門，借助閃頻儀以一系列等時(shí)間間隔的多次閃光對(duì)其進(jìn)行拍攝，這樣，在同一張底片上，形成小球運(yùn)動(dòng)軌跡的若干個(gè)瞬時(shí)位置圖象；也有讓運(yùn)動(dòng)小球在燈光照明下，用等時(shí)間間隔開啟快門進(jìn)行拍攝，獲得底片上小球運(yùn)動(dòng)軌跡的若干個(gè)瞬時(shí)位置圖象。在數(shù)碼照相時(shí)代，采用的方法是應(yīng)用數(shù)碼照相機(jī)的攝像功能，拍攝拋射小球的運(yùn)動(dòng)全過(guò)程，然后，用截圖軟件截取視頻中的一幀幀圖，再用圖像處理軟件將每幀圖上的小球粘貼到同一張圖的相應(yīng)位置上，從而在電腦屏幕上獲得小球運(yùn)動(dòng)軌跡中的若干個(gè)瞬時(shí)位置數(shù)據(jù)。用上述幾種方法均可得到小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的若干個(gè)瞬時(shí)位置，測(cè)量它在X方向和Y方向的位置坐標(biāo)，但是對(duì)每?jī)尚∏蛑g的運(yùn)動(dòng)時(shí)間無(wú)法測(cè)量，只能以間接形式表示其時(shí)間量，前者以閃頻儀的閃光頻率來(lái)表征時(shí)間，如閃頻頻率為25Hz，則獲得底片上兩相鄰小球間隔時(shí)間推斷為1/25秒＝0.04秒；后者則以數(shù)碼照相機(jī)說(shuō)明書所列每秒攝像幀數(shù)為表征時(shí)間依據(jù)，如說(shuō)明書稱攝像每秒30幀，則認(rèn)定兩相鄰小球間隔時(shí)間為1/30秒＝0.033秒。顯然，這樣的時(shí)間值依據(jù)不夠充分，非實(shí)驗(yàn)操作人親自測(cè)量得到，缺乏說(shuō)服力，而且該時(shí)間值有一定誤差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可實(shí)時(shí)時(shí)間顯示的拋射體運(yùn)動(dòng)研究的實(shí)驗(yàn)裝置。

可實(shí)時(shí)時(shí)間顯示的拋射體運(yùn)動(dòng)研究的實(shí)驗(yàn)裝置包括拍攝燈箱、玻璃面板、拋射管、光電門、時(shí)間顯示器、數(shù)碼照相機(jī)和三腳架，玻璃面板安裝在拍攝燈箱正面，在拍攝燈箱左邊框上固定拋射管，拋射管低端管口兩側(cè)面按有光電門，拍攝燈箱右上方位置嵌入安裝時(shí)間顯示器，數(shù)碼照相機(jī)固定在三腳架上，鏡頭面對(duì)拍攝燈箱。

所述的時(shí)間顯示器包括石英晶體振蕩器、多個(gè)分頻器、第一計(jì)數(shù)器、第二計(jì)數(shù)器、4個(gè)第一級(jí)顯示LED和4個(gè)第二級(jí)顯示LED；石英晶體振蕩器、分頻器、第一計(jì)數(shù)器和第二計(jì)數(shù)器依次連接，第一計(jì)數(shù)器和第一級(jí)顯示LED連接，第二計(jì)數(shù)器和第二級(jí)顯示LED連接；石英晶體振蕩器輸出振蕩頻率為幾十MHz的脈沖，多個(gè)分頻器10將它分成頻率為100Hz的脈沖，輸入第一級(jí)8421碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器4個(gè)輸出端與構(gòu)成第一級(jí)顯示的4個(gè)LED連接，該級(jí)顯示為0.01秒數(shù)量級(jí)時(shí)間，LED點(diǎn)亮用8421碼制讀取。當(dāng)?shù)谝患?jí)計(jì)數(shù)器輸入9個(gè)計(jì)數(shù)脈沖時(shí)，產(chǎn)生一進(jìn)位脈沖輸入第二級(jí)8421碼計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器4個(gè)輸出端與構(gòu)成第二級(jí)顯示的4個(gè)LED連接，該級(jí)顯示為0.1秒數(shù)量級(jí)時(shí)間，其LED點(diǎn)亮用8421碼制讀取。

所述的拋射管為一不對(duì)稱U形空心管，管內(nèi)徑15～20mm，管兩端高度差大于0.5米。

所述的拍攝燈箱內(nèi)按有多根日光燈。

所述的玻璃面板為印制有黑色方格坐標(biāo)的毛玻璃板。

所述的光電門由發(fā)光二極管和光敏元件組成，兩元件面面相對(duì)，距離15～20mm，光電門輸出信號(hào)線與時(shí)間顯示器連接。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果是：

1)在拍攝小球整個(gè)拋射運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可定格小球瞬時(shí)位置和顯示小球在該位置的時(shí)間，計(jì)時(shí)精確度可達(dá)0.01秒；

2)由于采用背光源照明，拍攝不受環(huán)境亮度影響，相機(jī)曝光時(shí)間短，拍攝圖象清晰、無(wú)拖影、對(duì)比度高，為后期處理工作帶來(lái)極大方便；

3)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，省去了傳統(tǒng)計(jì)時(shí)器的譯碼電路和七段LED數(shù)碼管盡可能縮短時(shí)間計(jì)數(shù)信號(hào)的傳輸路程，提高了時(shí)間測(cè)試精度，同時(shí)充分利用了LED余輝時(shí)間短的特點(diǎn)，避免了在顯示毫秒時(shí)間時(shí)數(shù)碼管七段筆劃的不完整顯示；

4)制造成本低廉，操作方便，容易掌握，可靠性高。

附圖說(shuō)明

圖1是可實(shí)時(shí)時(shí)間顯示的拋射體運(yùn)動(dòng)研究的實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的時(shí)間顯示器外形圖；

圖3是本發(fā)明的時(shí)間顯示器電路方框圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例截取視頻示意圖之一；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例截取視頻示意圖之二；