用於二維駐波特性研究的實驗裝置的製作方法

2023-06-07 04:45:21

本實用新型涉及一種實驗裝置，具體涉及用於二維駐波特性研究的實驗裝置。

背景技術：

柔軟的弦線上傳播的兩列波如果頻率相同、傳播的方向相同或者相反，它們將發生幹涉現象而形成駐波。其波長與振動的頻率、弦線所受的張力以及弦線的線密度都有密切的關係。傳統的裝置對研究三者之間關係有如下幾個缺陷：

1)、實際的弦線振動時，由於受到弦線在各接觸點摩擦的影響及弦線自重的影響，其振動頻率會小於音叉的振動頻率，而在傳統實驗裝置中，往往將音叉振動的頻率等同於弦線實際振動的頻率，因而在數據處理時存在較大的誤差；

2)、在傳統的實驗裝置中，用音叉作為振動源，其頻率無法連續可調，故無法研究駐波波長與頻率間的倒數關係。

3)、在傳統的實驗中裝置中，用米尺測量振動源到擋板間的距離，然後除以駐波的數目得到駐波的波張，由於用米尺的最小分度為1mm，故測量所得的波長誤差較大；

4)、在傳統的實驗裝置中，通過改變砝碼的質量來改變弦線所受的張力，由於砝碼不可能做到無限小，故其方法無法實現張力的連續可變，且繩子和砝碼之間要繞過一個定滑輪，滑輪之間必然產生一定的摩擦力，這種用砝碼的重力來替代弦線所受的張力，誤差較大。

技術實現要素：

實用新型目的：本實用新型針對上述現有技術存在的問題做出改進，即本實用新型公開了用於二維駐波特性研究的實驗裝置。

技術方案：用於二維駐波特性研究的實驗裝置，包括：

支架，

電子振動源，固設於所述支架上表面的一端，

二維步進電機，固設於所述支架上表面的另一端，

數顯式遊標卡尺，固設於所述電子振動源與所述二維步進電機之間，並與拉緊的弦線平行，

光電門，設於所述數顯式遊標卡尺與所述電子振動源之間且位於所述數顯式遊標卡尺的一側，

計數器，與所述光電門通過電纜相連，

力敏傳感器，固設於所述數顯式遊標卡尺與所述二維步進電機之間，力敏傳感器的一端通過螺紋連接的方式與二維步進電機的接頭螺母相連，力敏傳感器的另一端通過弦線與電子振動源的振動頭相連，其中：弦線穿過數顯式遊標卡尺的擋板的通孔；

電腦，分別與力敏傳感器、二維步進電機通過電纜相連，接收力敏傳感器產生的電信號並操控二維步進電機的接頭螺母移動。

進一步地，所述弦線為細棉線。

更進一步地，所述弦線的線密度為0.003g/cm

進一步地，所述數顯式遊標卡尺包括：

主尺，粘設於所述支架的上表面，其上表面設有最小分度為1mm的刻度線；

擋板，與所述主尺套接，其中部設有一通孔；

數顯遊標，粘設於所述擋板的一側。

更進一步地，所述通孔的直徑為0.4～0.6mm。

進一步地，所述力敏傳感器包括中軸、壓電傳感器、電壓輸出埠和固定套管和外殼，

所述壓電傳感器的中部設有第一通孔，

所述固定套管的中部設有第二通孔，

所述壓電傳感器與所述固定套管粘接，所述壓電傳感器的第一通孔與所述固定套管的第二通孔的位置相配合，

所述中軸通過第一通孔、第二通孔分別與所述壓電傳感器、所述固定套管套接，

所述外殼的兩側壁對稱設有第三通孔和第四通孔，所述中軸通過第三通孔、第四通孔與所述外殼套接，

所述外殼的底側設有電壓輸出埠，所述電壓輸出埠與所述壓電傳感器通過電纜相連。

進一步地，所述二維步進電機包括接頭螺母、螺杆、轉軸、接頭和角位移步進電機，

所述接頭螺母與所述螺杆通過螺紋連接的方式套接，

所述螺杆與所述轉軸鉚接；

所述轉軸與角位移步進電機通過接頭傳動連接。

有益效果：本實用新型公開的用於二維駐波特性研究的實驗裝置具有以下有益效果：

1、實現弦線振動的實際頻率的測量，解決傳統裝置中將音叉振動頻率作為弦線振動的實際頻率的缺陷；

2、實現頻率的連續可調，能夠更深入的研究駐波波長與振動源頻率間的關係；

3、通過實用新型公開的精度為0.1mm的無刀口數顯遊標卡尺來測量駐波的波長，提高駐波波長測量的精度，減小誤差；

4、用二維中軸可移動的力敏傳感器來直接測量弦線所受的張力，能夠消除弦線與滑輪間摩擦力，從而提高張力測量的精度，減小誤差；

5、通過程控二維線性步進電機來拉伸力敏傳感器的中軸，實現對弦線拉緊或者放鬆的目的，從而實現了對張力的連續可調。

附圖說明

圖1為本實用新型公開的用於二維駐波特性研究的實驗裝置的結構示意圖；

圖2為數顯式遊標卡尺的結構示意圖；

圖3為力敏傳感器的結構示意圖；

圖4為二維步進電機的結構示意圖；

其中：

1-電子振動源

2-光電門

3-數顯式遊標卡尺

31-主尺 32-擋板

33-數顯遊標

4-力敏傳感器

41-中軸 42-壓電傳感器

43-電壓輸出埠 44-固定套管

5-二維步進電機

51-接頭螺母 52-螺杆

53-轉軸 54-接頭

55-角位移步進電機

6-電腦

7-計數器

8-支架

9-弦線

具體實施方式：

下面對本實用新型的具體實施方式詳細說明。

具體實施例1

如圖1所示，用於二維駐波特性研究的實驗裝置，包括：

支架8，

電子振動源1，固設於支架8上表面的一端，

二維步進電機5，固設於支架8上表面的另一端，

數顯式遊標卡尺3，固設於電子振動源1與二維步進電機5之間，並與拉緊的弦線9平行，

光電門2，設於數顯式遊標卡尺3與電子振動源1之間且位於數顯式遊標卡尺3的一側，

計數器7，與光電門2通過電纜相連，

力敏傳感器4，固設於數顯式遊標卡尺3與二維步進電機5之間，力敏傳感器4的一端通過螺紋連接的方式與二維步進電機5的接頭螺母51相連，力敏傳感器4的另一端通過弦線9與電子振動源1的振動頭相連，其中：弦線9穿過數顯式遊標卡尺3的擋板32的通孔；

電腦6，分別與力敏傳感器4、二維步進電機5通過電纜相連，接收由力敏傳感器4產生的電信號並操控二維步進電機的接頭螺母移動。

進一步地，弦線9為細棉線。

更進一步地，弦線9的線密度為0.003g/cm

進一步地，如圖2所示，數顯式遊標卡尺3包括：

主尺31，粘設於支架8的上表面，其上表面設有最小分度為1mm的刻度線；

擋板32，與主尺31套接，其中部設有一通孔；

數顯遊標33，粘設於擋板32的一側。

更進一步地，通孔的直徑為0.4mm。

進一步地，如圖3所示，力敏傳感器4包括中軸41、壓電傳感器42、電壓輸出埠43和固定套管44和外殼，

壓電傳感器42的中部設有第一通孔，

固定套管44的中部設有第二通孔，

壓電傳感器42與固定套管44粘接，壓電傳感器42的第一通孔與固定套管44的第二通孔的位置相配合，

中軸41通過第一通孔、第二通孔分別與壓電傳感器42、固定套管44套接，

外殼的兩側壁對稱設有第三通孔和第四通孔，中軸41通過第三通孔、第四通孔與外殼套接，

外殼的底側設有電壓輸出埠43，電壓輸出埠43與壓電傳感器42通過電纜相連。

進一步地，如圖4所示，二維步進電機5包括接頭螺母51、螺杆52、轉軸53、接頭54和角位移步進電機55，

接頭螺母51與螺杆52通過螺紋連接的方式套接，

螺杆52與轉軸53鉚接；

轉軸53與角位移步進電機55通過接頭54傳動連接。

當角位移步進電機55轉動時，轉子帶動轉軸53轉動，由於轉軸53轉動，接頭螺母51將左右移動，由於接頭螺母51與力敏傳感器4的中軸41連接，中軸41又與弦線9連結，實現了對弦線9所受張力的連續可調和可視。接頭螺母51移動的距離可通過電腦程式控制角位移步進電機55來實現。

使用時，當電子振動源1以一定的頻率振動，弦線9通過二維步進電機5被拉緊時，振動源產生的波在弦線9上向前傳播，當傳播的波到達擋板32時，由於擋板32上穿過弦線9的通孔的孔徑很小，波不能透過擋板32上的通孔，而是原路返回，返回的波與振源後續產生的波在振源與擋板32間弦線9上相疊加而形成駐波。

具體實施例2

與具體實施例1大致相同，區別僅僅在於：擋板32上的通孔的直徑為0.6mm。

具體實施例3

與具體實施例1大致相同，區別僅僅在於：擋板32上的通孔的直徑為0.5mm。

上面對本實用新型的實施方式做了詳細說明。但是本實用新型並不限於上述實施方式，在所屬技術領域普通技術人員所具備的知識範圍內，還可以在不脫離本實用新型宗旨的前提下做出各種變化。