雷射式數字轉速計示教儀的製作方法
2023-04-24 15:14:36 1
專利名稱：雷射式數字轉速計示教儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及工科院校中的教學儀器，即雷射式數字轉速計示教儀。
背景技術：
《電子技術》是一般工科院校的重要基礎課程，包括「模擬電子技術」和「數字電子技術」兩部分，該課程實踐性很強，在以往的教學過程中，一般要在5周後才能開設基本器件與基本電子線路的單一實驗。光學習理論比較枯燥，難以激發學生的興趣，急需要研製一些用於課堂演示教學的示教儀器，雷射式數字轉速計是一種包含了模擬電子技術、數字電子技術和檢測傳感技術的小型儀器，目前市場中雖然有類似的測量儀器，能用於生產中，但過於緊密，不能打開看清內部的結構，所以不能用於教學。
發明內容
為了激發學生的求知慾望、產生濃厚的學習興趣，能夠把「模擬電子技術」、「數字電子技術」和「檢測與傳感技術」清晰地連貫起來，幫助學生建立「實際電子系統」的完整概念，本實用新型提供一種輕巧方便、容易操作、具有趣味性的雷射式數字轉速計示教儀。
這種雷射式數字轉速計示教儀，包括測速板和主機兩部分，中間有電纜相連，其特徵在於測速板上固定有微型電機和雷射探測器，微型電機的轉軸上貼有反光鋁箔，主機包括機箱和電路板，電路板上，時基電路、門電路、解碼驅動顯示電路與示教操作電路順序連接，電源電路和上述各電路相連。
雷射探測器內裝有雷射發射器和雷射接收三極體，雷射接收三極體分別和前置放大電路、雷射對準指示電路電連接，前置放大電路和兩級與非門整形輸出測速脈衝電路連接。
在主機的電路板上，電源電路由電源變壓器、橋式整流、濾波、穩壓、交直流切換電路依次連接而成，電源開關和熔斷器串連在電源變壓器前面；時基電路由與非門電路、石英晶體和6個10分頻器電路連接而成；門電路包括門控電路和主控門電路，門電路由2個雙D觸發器、1個與非門和延時清零電路組成；解碼驅動與顯示電路由計數器電路和解碼驅動顯示電路組成，解碼驅動電路和7段數碼管相連；示教操作電路由探頭輸入、檢測與自校、秒脈衝顯示、手動清零、延時清零調整電路依次連接而成。
主電路板上電源電路、時基電路、門電路、解碼驅動與顯示電路、示教操作電路分區設置。
本實用新型採用交直流雙電源供電、不受電網停電的影響，結構上，測速板與主機分離、主機上各個單元電路分區設置、主機上還設置了「示教操作電路」，這樣既可完整示數，又可採用測速板和主機分別示教，主機示教中還可演示、介紹各個單元電路，使示教過程具有層次性，更加清晰，本實用新型輕巧方便、容易操作，具有趣味性，用於課堂演示教學，能夠激發學生的求知慾望、產生濃厚的學習興趣，能夠把「模擬電子技術」、「數字電子技術」和「檢測與傳感技術」清晰地連貫起來，幫助學生建立「實際電子系統」的完整概念，從而活躍課堂教學、有效地提高上述課程的教學質量。
圖1是本實用新型測速板平面布置圖圖2是本實用新型雷射探測器結構示意圖圖3是本實用新型原理框圖圖4是本實用新型主機電路板分區設置圖圖5是本實用新型電源電路、測速板電路、主控門電路、解碼驅動與顯示電路和手動清零電路圖圖6是本實用新型時基電路、門控電路和示教操作電路圖具體實施方式
以下結合附圖對具體實施方式
詳述如下圖中1、雷射探測器，2、雷射探測LED指示，3、可調支架，4、微型電機，5、反光鋁箔，6、電機開關，7、信號與電源饋線，8、饋線插頭，9、底板，10、KCL雷射器，11、3DU33光敏三極體，12、3DG6三極體前置放大，13、74LS26兩級與非門整形輸出測速脈衝，14、雷射探測器電源開關。
在圖1中測速板包括雷射探測器1、雷射探測LED指示2、可調支架3、微型直流電機4、反光鋁箔5、電機開關6、信號與電源饋線7、饋線插頭8、底板9。可調支架3、電機4和開關6均安裝在底板9上。
在圖2中雷射探測器1內裝有KCL雷射器10、3DU33光敏三極體接收11、3DG6三極體前置放大12、KCL雷射對準LED指示2、74LS26兩級與非門整形輸出測速脈衝13和雷射探測器電源開關14。
雷射探測器1結構緊湊，安裝在可調支架3上，便於雷射探測器1對準微型直流電機4轉軸上的反光鋁箔5；使用紅色KCL雷射器10探測轉速，光點集中、醒目，便於課堂示教講解；紅色LED對準指示2可以避免雷射反射尋跡過程的盲目性，較快對準。
雷射探測器1的電源與測速脈衝信號輸出通過雙芯屏蔽電纜饋線插頭、插孔連接，同時將電源饋送到微型電機開關6與直流電機4。
測速板與示教儀主機之間通過雙芯屏蔽電纜饋線7連接。
在圖3中示教儀主機包括主機箱和主機電路板上的電源電路、時基電路、門電路、解碼驅動電路、顯示電路、示教操作電路。
在圖4中，主機電路板上，電源電路、時基電路、門電路、解碼驅動與顯示電路和示教電路分區布置。
電源電路由電源開關、熔斷器、電源變壓器、橋式整流、濾波、LM7805CK穩壓、電源指示、交直流切換各環節組成，安裝在主機電路板下方的白色區域內，便於課堂示教講解。
時基電路由CMOS與非門TC4011、1.000MHz石英晶體、6個10分頻器74LS160組成，安裝在主機電路板右邊的白色區域內，便於課堂示教講解。
門電路包括門控電路與主控門電路，由兩個雙D觸發器74LS74、延時清零、主控門74LS26組成，安裝在主機電路板的本色區域內，便於課堂示教講解。
解碼驅動與顯示電路由計數器74LS160、解碼驅動74LS47、七段數碼管LTS547R組成，安裝在主機電路板左上方的白色區域內，便於課堂示教講解。
示教操作電路由探頭輸入、檢測與自校、秒脈衝顯示、手動清零、延時清零調整各環節組成，安裝在主機電路板的本色區域內，便於課堂示教講解。
在圖5、圖6中，對各部分電路分析如下1、電源電路分析220V電源經過電源開關、0.5A熔斷器送電源變壓器，變壓器次級9V經過2A熔斷器、橋式整流、C1濾波、LED交流電源指示、LM7805CK三端穩壓輸出5V直流，由交、直流電源選擇開關切換後，對示教儀主機與測速板供電，並有LED直流電源指示；直流電源4×1.5V經過二極體導向、選擇開關切換後，對示教儀主機與測速板供電。
2、測速板電路分析雷射探測器內的KCL雷射器產生紅色雷射束，經過微型直流電機上的反光鋁箔反射後，被3DU33光敏三極體接收，由3DG6三極體前置放大，放大後的信號經過74LS26兩級與非門整形，把電機轉速變換為相應的脈衝信號，當反射雷射對準光敏三極體時，紅色LED對準指示會自動熄滅；最後轉速脈衝信號由雙芯屏蔽電纜饋線插孔插頭輸出與供電，轉速脈衝信號由雙芯屏蔽電纜饋線送往示教儀主機板探頭輸入插孔。
3、示教儀主機板電路分析①時基單元1.000MHz石英晶體與CMOS與非門TC4011產生1.000MHz正弦振蕩，經過6個74LS160十進位計數器進行6級十分頻，得到周期為1秒的秒脈衝，同時送往秒脈衝驅動顯示和門電路。
②門電路由時基單元送來的秒脈衝經過CMOS與非門TC4011送到門控觸發器，即雙D觸發器74LS74中的一個；再送到鎖閉觸發器，即雙D觸發器74LS74中的另外一個，產生寬度為1秒的秒寬脈衝；秒寬脈衝的周期由延時清零電路確定與調整，鎖閉觸發器使與非門TC4011在一個秒寬脈衝的周期內，只允許通過兩個秒脈衝去觸發雙D計數觸發器74LS74，產生秒寬脈衝的上升沿與下跳沿，確保秒寬脈衝的寬度剛好為1秒；延時清零電路由另外一個雙D觸發器74LS74與RC積分電路實現，可以調整秒寬脈衝的周期，調整數碼管顯示時間的長短；秒寬脈衝被同時送到檢測與自校開關和主控門74LS26，主控門74LS26使開門計數的時間剛好只有1秒鐘；延時清零與手動清零信號可以使雙D觸發器74LS74與解碼計數器74LS160同時清零復位。
③解碼驅動與顯示電路三個十進位計數器74LS160對1秒種內通過主控門的轉速脈衝進行十進位計數，然後通過三個解碼驅動器74S47驅動三個七段數碼管LTS547R顯示電機的每秒鐘轉速，顯示時間的長短由延時清零的延時時間確定、調整。
④示教操作電路探頭輸入將測速板電路送來的電機轉速脈衝信號通過雙芯屏蔽電纜饋線插頭插孔接入，經過檢測與自校選擇開關控制後，送往主控門74LS26等待計數；秒脈衝經過秒脈衝顯示選擇開關控制後，再由3DG6放大、驅動LED顯示時基單元的秒脈衝工作情況；通過手動清零按鈕使雙D觸發器74LS74與解碼計數器74LS160清零端接地，實現手動清零復位；由D觸發器74LS74與RC積分電路組成的延時清零電路，通過延時清零調整電位器改變RC積分電路的時間常數，達到延時清零時間調整的目的。示教操作電路對於課堂示教、講解非常有利。
示教過程1、打開主機箱蓋，把測速板上的雙芯屏蔽電纜饋線插頭插入「探頭輸入」插孔；先斷開測速板上的電機電源開關，後接通電機電源。
2、「檢測與自校」選擇開關置「檢測」位時，因電機未通電故顯示「000」；置「自校」位時，數碼管將周期顯示「0」與「1」，顯示「1」的時間長短由延時清零的延時時間確定、調整；測速時「檢測與自校」選擇開關置「檢測」位。
3、在測速板上調整探頭與電機的相對位置，當靜止電機轉軸上反光鋁箔的反射雷射對準光敏三極體時，紅色LED對準指示會自動熄滅；反光鋁箔一般貼兩塊，使「讀數×30＝每分鐘轉速」。
4、接通電機電源開關，測速開始，主機箱數碼管將周期顯示電機當前轉速，貼兩塊反光鋁箔時，讀數×30即為每分鐘轉速。
5、通過秒脈衝顯示選擇開關，可以顯示時基單元的秒脈衝工作情況，便於老師生動講解時基單元的工作情況。
6、通過延時清零調整，可以生動、具體地介紹門電路的工作情況，融入相關電路的理論分析，便於學生接受。
7、示教演示、講述完畢，可以組織學生輪流觀察，滿足學生的好奇心，進一步鞏固示教效果。
權利要求1.雷射式數字轉速計示教儀，包括測速板和主機兩部分，中間有電纜相連，其特徵在於測速板上固定有微型電機和雷射探測器，微型電機的轉軸上貼有反光鋁箔，主機包括機箱和電路板，電路板上，時基電路、門電路、解碼驅動顯示電路與示教操作電路順序電連接，電源電路和上述各電路相連。
2.根據權利要求1所述的雷射式數字轉速計示教儀，其特徵在於雷射探測器內裝有雷射發射器和雷射接收三極體，雷射接收三極體分別和前置放大電路、雷射對準指示電路電連接，前置放大電路和兩級與非門整形輸出測速脈衝電路連接。
3.根據權利要求1所述的雷射式數字轉速計示教儀，其特徵在於在主機的電路板上，電源電路由電源變壓器、橋式整流、濾波、穩壓、交直流切換電路依次連接而成，電源開關和熔斷器串連在電源變壓器前面；時基電路由與非門電路、石英晶體和6個10分頻器電路連接而成；門電路包括門控電路和主控門電路，門電路由2個雙D觸發器、1個與非門和延時清零電路組成；解碼驅動與顯示電路由計數器電路和解碼驅動顯示電路組成，解碼驅動電路和7段數碼管相連；示教操作電路由探頭輸入、檢測與自校、秒脈衝顯示、手動清零、延時清零調整電路依次連接而成。
4.根據權利要求1所述的雷射式數字轉速計示教儀，其特徵在於主電路板上電源電路、時基電路、門電路、解碼驅動與顯示電路、示教操作電路分區設置。
專利摘要雷射式轉速計示教儀，包括測速板和主機兩部分，中間有電纜相連，其特徵在於測速板上固定有微型電機和雷射探測器，微型電機的轉軸上貼有反光鋁箔，主機包括機箱和電路板，電路板上，時基電路、門電路、解碼驅動顯示電路與示教操作電路順序電連接，電源電路和上述各電路相連。本實用新型可用於工科院校《電子技術》課程示教，結構上，測速板與主機分離、主機上各個單元電路分區設置、主機上還設置了「示教操作電路」，這樣既可完整示數，又可採用測速板和主機分別示教，主機示教中還可演示、介紹各個單元電路，使示教過程具有層次性，更加清晰，本實用新型輕巧方便、容易操作，具有趣味性。
文檔編號G09B25/00GK2812175SQ200520050859
公開日2006年8月30日 申請日期2005年5月23日 優先權日2005年5月23日
發明者邱德潤 申請人:湖南文理學院