[實用新型]阻尼、受迫振動實驗儀

無效

• 申請號: 96232100.1
• 申請日: 1996-06-18
• 公開（公告）號: CN2265565Y
• 公開（公告）日: 1997-10-22
• 發明（設計）人: 何捷;周延懷;陳屏屏
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: G09B23/10
• 分類號: G09B23/10
• 代理公司: 南京師范大學專利事務所
• 代理人: 柯惟中

本實用新型屬于高等學校學生物理實驗的教學儀器。

阻尼、受迫振動是高等學校學生物理實驗的重要選題之一。由于可供選擇的儀器甚少，多年來一直使用扭擺式共振儀，詳見《普通物理實驗(一、力學、熱學部分)》，楊述武主編，高等教育出版社，1982年。它的構造主要是一銅環擺輪與盤形螺旋彈簧內端相連，并可繞鉛直軸左右擺動，彈簧的外端通過杠桿把力矩傳到扭擺上。杠桿同時通過連桿接偏心輪。偏心輪的轉速由電機的調速機構進行調節。阻尼的大小由改變電磁鐵電流控制。為測量外加強迫力矩和受迫振動二者的位相差，在環形標尺的零點下方設置了光電觸發器，當指針通過零點時，由光電觸發器產生一高壓脈沖，使擺輪指針尖端在環形標尺上產生一放電火花，由火花的位置及相應的幅值可計算出值。其構造比較繁瑣，而且需用高壓電源，學生做實驗時要特別小心。

本實用新型的目的就是設計一種實用的阻尼、受迫振動實驗儀，在保留扭擺結構的基礎上，對阻尼調節、電動機選擇、調速電路以及整個控制電路等方面均作了實質性的改進，還增加了與通用數字計時儀器的接口電路，可方便地與常用數字計時儀器聯接。本阻尼、受迫振動實驗儀與傳統的扭擺式共振儀相比，具有操作方便、測量速度快、重量輕、耗電省、性能穩定等優點，同時撤去了高壓電源，學生實驗更安全可靠，測量的速度和精確度都大大提高。

本實用新型的目的是這樣實現的，由擺盤、策動裝置、阻尼調節裝置、光電信號輸出接口以及相應的電路組成的阻尼、受迫振動實驗儀，策動裝置是由高質量的錄音機用電動機配合LA5511或類似的調速穩速電路及減速裝置組成，阻尼調節裝置則采用強磁鋼配合螺紋進退調節。在刻度盤零點上下各安裝一擋光式紅外光電耦合器，通過電路輸出擺盤指針過零與策動桿過零的電脈沖信號，并可與通用數字計時儀器相聯接，測量周期及位相差。刻度盤上每10度裝有一發光二極管，通過相應的開關可在策動桿過零點時瞬間發光，用以測量位相差。據我們調查研究，尚未見到國內外有類似設計方案的同類儀器。

下面結合附圖對該阻尼、受迫振動實驗儀作詳細說明。圖1為儀器整體示意圖，圖2為阻尼調節結構示意圖，圖3為整機電路圖。圖1、2中，A為擺盤，通過盤香狀彈簧B與策動桿C聯接，策動桿C不動時，擺盤A可繞軸作自由振動，振動幅角可通過指針D與度盤E讀出。轉盤F由直流電動機M(見圖3)通過減速裝置帶動。電動機轉動時，轉盤F隨之轉動，帶動聯桿G與策動桿C，并通過盤香狀彈簧B向擺盤A施加一周期性策動力，使擺盤A作受迫振動。調節阻尼調節手輪I，通過螺桿可改變稀土合金強磁體H與擺盤A的距離，從而調節擺盤振動的阻尼度。間隙J處放置一壓縮彈簧(未畫出)，以消除阻尼調節時螺桿與螺母間隙引起的回程差。

圖3中的Q₁，Q₂為兩只擋光式光電耦合器。分別置于刻度盤E零點的上、下方，當指針D過零點時，Q₁發出脈沖信號，當策動桿C過零點時，Q₂發出脈沖信號。K₂合向1，K₃合向2時，Q₁的脈沖信號經IC₁整形后，經過IC₃、IC₄及兩只晶體管T₂、T₃通過J₁輸出給數字計時儀器(如VAFN多用數字測試儀)，可方便地測量擺盤A的振動周期T。同樣當K₂合向1，K₃合向1時，可方便地測量策動力的周期。當K₂合向2時，通過J₁的計時儀器讀出的是策動桿C與擺盤指針D過零點的時間差Δt，由此可算出策動力與擺盤振動的位相差或。Dn為32只發光二極管，16只一組串聯，再兩組并聯，安裝于刻度盤E上，每隔10度裝1只，零(度)點及180度兩點不裝，當K₃合向2，K₄合上時，策動桿C過零點，Dn即發出短暫閃光，實驗者可根據閃光瞬間擺盤指針D所處的角度/Δθ，與擺盤振幅θ算出策動力與擺盤振動的位相差。直流電動機M采用錄音機專用的小型電動機，再配用LA5511或類似的調速穩速電路及減速裝置，可方便地調節電動機轉速，減速比為1∶30至1∶50，從而控制策動力的周期。

圖3所示的電路安裝于圖1右邊的控制箱K內，面板上安裝電源開關、保險絲盒、電動機調速旋鈕、電表、開關及光電信號輸出插口等，可方便地對儀器進行控制與調節。

根據以上說明可知，配合秒表或光電計時儀器，可完成以下幾個內容的物理實驗。