[發明專利]一種正弦波合成矩形波演示儀

有效

• 申請號: 201811020795.7
• 申請日: 2018-09-03
• 公開（公告）號: CN108922336B
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 魏衍舉;楊亞晶;劉建超;劉圣華
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G09B23/06
• 分類號: G09B23/06
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

一種正弦波合成矩形波演示儀，包括正弦波疊加機構，畫圖機構和送紙機構，本發明以將矩形波的傅里葉展開式用機械的方式展現出來為主要目的，綜合考慮到機械結構的復雜性、可行性和展開式對原函數的近似度，利用勻速圓周運動在某一平面上的投影來實現對展開式前三項的近似結果，最終畫出近似矩形波。

技術領域

本發明屬于機械技術領域，特別涉及到定軸輪系與行星齒輪系齒輪傳動的一種正弦波合成矩形波演示儀。

背景技術

在日常生活中，無論是能看到的機械振動還是看不到的通信設備，都離不開波形這一概念，而無論是機械振動還是通信里的波的概念，都需要諧波分析，在高等數學、振動力學、電子信息等學科方面，在學習傅里葉變換過程中，所遇到的最大的問題就是太抽象不好理解。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種正弦波合成矩形波演示儀，能夠將矩形波的傅里葉展開式用機械的方式展現出來，從而直觀地觀察矩形波的形成以及非正弦周期函數諧波分析的原理，把抽象的問題具體化，利于教學。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種正弦波合成矩形波演示儀，包括：

正弦波疊加機構，包括主動輪M1和與主動輪M1嚙合的從動輪M2，從動輪M2與搖臂一H1的一端固連在一起，搖臂一H1帶動行星齒輪一M4繞固定的中心輪M3轉動，行星齒輪一M4與搖臂二H2的一端固連在一起，搖臂二H2帶動行星齒輪二M6繞與搖臂一H1固連的輪M5轉動，行星齒輪二M6與搖臂三H3的一端固連在一起，由此實現減速以及正弦函數疊加的目的；其中，搖臂一H1的另一端為輸出一階疊加圖形的端口，搖臂二H2的另一端為輸出二階疊加圖形的端口，搖臂三H3的另一端為輸出三階疊加圖形的端口；

畫圖機構，包括連接所述搖臂三H3的另一端的豎桿10，在豎桿10下端設置用于加持畫筆11的畫筆固定器，當搖臂三H3做圓周運動時，豎桿10在水平方向上作運動規律為正弦的直線運動，由畫筆11畫圖得到正弦軌跡；

送紙機構，包括進紙滾輪9，進紙滾輪9與行星齒輪三M8固定在同一旋轉軸上，行星齒輪三M8與行星齒輪四M7嚙合，行星齒輪四M7與行星齒輪五M13嚙合，行星齒輪四M7、行星齒輪三M8與行星齒輪五M13均為斜齒齒輪，行星齒輪四M7和行星齒輪三M8的軸線平行，行星齒輪五M13和從動輪M2的軸線平行，且行星齒輪四M7的軸線和行星齒輪五M13的軸線垂直，所述進紙滾輪9外圈安裝有橡膠圈，進紙滾輪9轉動時帶動紙張12向畫筆11的位置水平進動。

與現有技術相比，本發明以將矩形波的傅里葉展開式用機械的方式展現出來為主要目的，綜合考慮到機械結構的復雜性、可行性和展開式對原函數的近似度，利用勻速圓周運動在某一平面上的投影來實現對展開式前三項的近似結果，最終畫出近似矩形波。

附圖說明

圖1是本發明正弦波合成矩形波演示儀基本原理圖。

圖2是本發明正弦波合成矩形波演示儀機構主視圖。

圖3是圖2中A-A剖視圖。

圖4是本發明正弦波疊加機構力學示意圖。

圖5是本發明畫圖機構力學示意圖。

圖6是矩形波示意圖。

圖7是正弦函數疊加的數學原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例詳細說明本發明的實施方式。

本發明基于如下原理：