[發明專利]利用數字示波器測量玻耳共振位相差的方法

有效

• 申請號: 201410260485.8
• 申請日: 2014-06-13
• 公開（公告）號: CN104019737A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 胡再國;雍志華;張俊峰;梁雅庭;鄒旭敏;穆萬軍;朱俊;饒大慶;羅明蓉;李娟;程艷;王維果;劉石丹;李偉;于白茹;梁小沖;李紫源
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01B7/30
• 分類號: G01B7/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及物理實驗參數測量領域，特別是玻耳共振儀在受迫振動時外力與擺輪的位相差的測量。

背景技術

在大學物理實驗室，玻耳共振儀一般采用頻閃法測量外力與擺輪的位相差，實驗裝置如圖1。

裝置結構：角度盤固定在電機的外側，角度盤沒有與電機的轉軸連接，處于靜止狀態，也就是不隨著電機轉軸轉動，角度盤與電機轉軸有共同的圓心，角度盤的上半圓有刻度，最小刻度為1度；角度盤的外側為角度指針盤，角度指針盤為一個塑料圓盤，角度指針盤固定在電機的轉軸上，角度指針盤隨著電機轉軸轉動，角度指針盤與電機轉軸有共同的圓心，角度指針盤的一條直徑的兩個末端有熒光物質組成的細線，角度指針盤邊緣有一個缺口用于光電門測量電機轉動的周期；電機轉軸的偏心位置固定一個圓柱、連桿一端的圓柱形通孔套入到該圓柱，并通過螺紋、螺帽固定，螺帽的帽檐阻止連桿脫離該圓柱，連桿的另一端連接到搖桿下端，搖桿中部固定（搖桿繞該固定點旋轉）在一個三角形支架上，搖桿的上端向擺輪方向彎折90度形成搖桿水平部分，搖桿水平部分的末端固定渦卷彈簧的末端，渦卷彈簧的另一端端固定在擺輪的轉軸外側，搖桿頂部有一個靠近擺輪的尖狀指針；搖桿和擺輪分別通過各自的圓筒套入在一個共同的固定軸的兩側，也就是說，搖桿和擺輪具有共同的轉動中心，搖桿尖狀指針擺動形成的圓弧和擺輪邊緣圓弧的中心法線（面中心的垂線）是相同的，擺輪通過摩擦固定在轉軸上（也就是說能夠松開螺釘、旋轉調節擺輪長凹槽的位置，然后再固定）；擺輪底部位于阻尼線圈鐵心的縫隙處，通電阻尼線圈產生的磁場在銅質擺輪中形成的渦流作為運動阻力，因為通電阻尼線圈的電流不同，運動阻力一般分成三個檔位。

振幅和周期的實驗原理是：銅質擺輪的圓周上有凹槽，間隔2度，其中一個凹槽相對與其它凹槽更深，命名為長凹槽，剩余的凹槽命名為短凹槽；相應的光電門裝置中集成了兩組光電門，對應地有發光二極管和接受二極管兩對，一對位于上端，測量擺輪的振幅，其間隔為2度，也就是誤差在1度（一般取間隔的一半作為擺輪振幅的系統誤差）；位于下端的長凹槽對應的一對二極管用于測量擺輪的周期。

受迫振動原理：電機旋轉，電機通過連桿帶動搖桿擺動，搖桿帶動連接的渦卷彈簧移動，渦卷彈簧將力量傳遞給擺輪轉軸，使擺輪發生受迫振動，當渦卷彈簧對擺輪做功等于擺輪阻尼損失的能量，則達到穩定的受迫振動：振幅和擺動周期穩定。

位相差測量原理：在電機外固定的角度盤靜止，角度指針盤隨著電機轉軸轉動，角度盤、角度指針盤與電機轉軸有共同的圓心（面中心的法線相同），角度指針盤的一條直徑的兩個末端有熒光物質組成的細線作為讀數參考線，在裝置處于初始位置（靜止時），使角度指針盤標注的直徑處于角度盤的0度、通過調節渦卷彈簧或者銅質擺輪使長凹槽對準搖桿的頂部、移動光電門裝置對準長凹槽；在受迫振動處于穩定狀態時候，按下閃光燈的電源開關，當長凹槽通過光電門時，觸發閃光燈閃光一次，也就是一個周期閃2次，閃光燈照射到隨著電機轉軸轉動的角度指針盤，帶熒光的指針的閃亮熒光指向的角度盤位置讀出的角度就是位相差。角度盤的最小刻度為1度（誤差為0.5度），擺輪凹槽的間隔為2度（誤差為1度），因此，系統誤差為1.5度，大多數的說法是在2度之內。

由于閃光燈是大電流，閃光燈在使用的時候導致實驗儀器的內部分壓出現不足，使得測量儀器電子線路工作狀態可能發生異常，曾經在實驗中發現顯示的周期數據出現異常變化，通常是閃光時發生大幅度減少，導致許多學生發出疑問：位相差數據準確嗎。

發明內容

為避免閃光燈大電流對儀器電子線路工作狀態的影響，本發明提出一種不使用閃光燈的位相差測量方法，即利用數字示波器測量玻耳共振位相差的方法，是頻閃法測量位相差的一種替代測量方法。