[發(fā)明專利]兩軸動態(tài)磁浮實驗儀及測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810863798.0
• 申請日: 2018-08-01
• 公開（公告）號: CN109147510B
• 公開（公告）日: 2023-09-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭遠(yuǎn);陳水橋
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G09B23/18
• 分類號: G09B23/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發(fā)明公開了一種兩軸動態(tài)磁浮實驗儀及測量方法。包括可調(diào)鋁桌、兩軸動態(tài)磁浮機組和攝影測量組件，兩軸動態(tài)磁浮機組工作時懸浮在可調(diào)鋁桌上方，攝影測量組件通過支架固定于可調(diào)鋁桌；攝影測量組件包括高速攝影機、攝影機支架和平面坐標(biāo)紙；兩軸動態(tài)磁浮機組中，上碳纖維機身板裝有能量源，能量源周圍裝有配重平衡板，上碳纖維機身板裝有控制組件、兩個底座，底座上安裝有直流無刷電機，直流無刷電機和磁性螺旋槳同軸連接，下碳纖維機身板安裝磁性螺旋槳；磁性螺旋槳包括塑料外套和磁性圓柱嵌入體，塑料外套上裝有磁性圓柱嵌入體。本發(fā)明的實驗儀是一種新儀器，開拓了原有相關(guān)實驗的范圍，將一維實驗推廣到二維，具有研究價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及了一種物理實驗測量儀器，尤其是涉及了一種兩軸動態(tài)磁浮實驗儀及測量方法。

背景技術(shù)

物體無摩擦的運動通常非常近似地(空氣阻力影響)滿足出牛頓慣性定律。在這一前提下，許多物理力學(xué)實驗得以開展。為了設(shè)計一種無摩擦的實驗平臺，本儀器采用了永磁體動態(tài)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生鏡像排斥磁極的方式使物體懸浮，同時通過兩個軸承反向旋轉(zhuǎn)平衡轉(zhuǎn)矩，從而達到穩(wěn)定的不接觸、無摩擦的效果。

拋體運動實驗和碰撞實驗一直是大學(xué)物理必開的實驗內(nèi)容?，F(xiàn)在各高校絕大多數(shù)拋體運動都是在豎直平面上，鮮有在斜面做拋體運動的嘗試。而且碰撞實驗大都基于一維氣墊導(dǎo)軌。這種導(dǎo)軌將碰撞限制在一個自由度上不僅不能很好的聯(lián)系實際，而且大大縮小了碰撞實驗的驗證范圍(如斜碰等)。學(xué)生通過實驗對物理定律的理解便達不到細(xì)致深入的效果。以上實驗儀器都需要改進提升，以適應(yīng)當(dāng)今學(xué)生對物理實驗課程的新需求。這也是困擾現(xiàn)今高校實驗室建設(shè)的最大難題之一；升級優(yōu)化，勢在必行。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種兩軸動態(tài)磁浮實驗儀及測量方法，采用攝影方式測量斜面拋體運動和二維碰撞過程的實驗。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一、一種兩軸動態(tài)磁浮實驗儀：

實驗儀包括可調(diào)鋁桌、兩軸動態(tài)磁浮機組和攝影測量組件，兩軸動態(tài)磁浮機組工作時懸浮在可調(diào)鋁桌上方，攝影測量組件通過支架固定于可調(diào)鋁桌；所述的可調(diào)鋁桌包括鋁板以及鋁板四周的擋板護欄、布置在鋁板四角的四個支撐柱，支撐柱可獨立調(diào)節(jié)高度；所述的攝影測量組件包括高速攝影機、攝影機支架和平面坐標(biāo)紙，高速攝影機通過攝影機支架固定在可調(diào)鋁桌中心正上方，高速攝影機鏡頭朝下正對準(zhǔn)可調(diào)鋁桌的鋁板表面中心，平面坐標(biāo)紙平鋪在鋁板上。

所述的兩軸動態(tài)磁浮機組包括上碳纖維機身板和下碳纖維機身板，上碳纖維機身板和下碳纖維機身板通過周圍布置的四個連接鋁柱固定連接成一體；上碳纖維機身板上表面中間安裝有能量源，能量源周圍的上碳纖維機身板安裝有配重平衡板，上碳纖維機身板下表面中間安裝有控制組件，上碳纖維機身板下表面的兩側(cè)安裝有兩個底座，每個底座上安裝有一直流無刷電機，每個直流無刷電機的輸出軸朝下和一磁性螺旋槳同軸連接，下碳纖維機身板表面開有兩個對稱布置的通孔，通孔內(nèi)均安裝磁性螺旋槳；直流無刷電機側(cè)旁均安裝有電子調(diào)速器，電子調(diào)速器和控制組件連接，所述控制組件包含分電板、電機控制器和信號接收機，信號接收機與電機控制器的輸入通道端口對應(yīng)連接，電子控制器的輸出通道端口與電子調(diào)速器的調(diào)速端口對應(yīng)連接，電機控制器和電子調(diào)速器的供電端口經(jīng)分電板和能量源連接。

所述的磁性螺旋槳包括塑料外套和磁性圓柱嵌入體，塑料外套上沿圓周間隔均布地開有八個圓柱形孔，圓柱形孔中裝有磁性圓柱嵌入體，各個磁性圓柱嵌入體的磁極方向沿垂直于上下碳纖維機身板表面布置，相鄰兩個磁性圓柱嵌入體兩端磁極極性布置相反。

所述能量源為一鋰聚合物電池，與分電板主端口連接，分電板并聯(lián)口再分別和電機控制器和電子調(diào)速器的供電端口連接。

所述的信號接收機和外部的遙控器連接，由遙控器發(fā)送運動控制信號到信號接收機進而控制兩軸動態(tài)磁浮機組在可調(diào)鋁桌上懸浮移動。

所述的支撐柱有高度刻度，用來測量支撐柱伸長量。