CN101231796A - 静电场描绘仪 - Google Patents

Abstract

本发明一种静电场描绘仪，属学校实验教学用的模拟静电场仪器，包括数据采集系统、A/D转换卡、计算机，其中数据采集系统连接到A/D转换卡，A/D转换卡与计算机连接。数据采集系统包括连接电源的接线柱(3)、待测模拟场(2)、电极(4)、描绘探针(5)、描绘手柄(6)、描绘手柄上的开关(11)、X－Y机构。本发明的有益效果消除了不同轴误差，通过计算机采集系统自动识别数据点数据，自动读取电位值，极大的提高了采集数据点的效率。根据采集到的数据可以快速绘出静电场电场分布图，可以画二维电场等位线，电力线；还可以画出电场的三维分布图。并可以用鼠标拖动多视角观察分析数据。

Description

静电场描绘仪

技术领域

本发明属于一种模拟静电场描绘仪，特别是涉及一种应用于学校物理实验教学的静电场描绘仪。

背景技术

目前应用于学校物理实验教学静电场描绘仪有几种结构，(a)按导电介质不同可分为：导电纸静电场描绘仪、导电玻璃静电场描绘仪和电解液静电场描绘仪；(b)按结构不同可分为双层描绘仪和单层描绘仪两种。

这些静电场描绘仪存在以下缺点：

(a)双层结构静电场的不同轴误差

这一缺陷主要针对双层静电场描绘仪存在的。当上下两层的探针不在同一轴线上，如果描绘时没有转动，所得到的静电场分布可以说是被测电场的平移。但是，要求描绘时没有转动是很困难的。有转动时，在坐标纸上所描的等位点，就会与实际电场分布情况之间存在误差，即不同轴误差。

(b)描绘效率低

传统静电场描绘仪在描绘静电场时，先要寻找等位点。而寻找等位点的方法是用伏特表通过描绘探针在被测电场范围内逐处测量，边寻找边观察伏特表的读数，当伏特表的读数为设定值时，停下探针，然后将该点标记在坐标纸上。这种人工寻点的方法效率很低。

发明内容

为了克服以上技术的不足之处，本发明提供一种静电场描绘仪不仅消除了不同轴误差而且提高了数据采集的效率，并且能多视角观察和分析数据。

本发明的静电场描绘仪，由数据采集系统、A/D转换卡、计算机三部分组成，数据采集系统连接到A/D转换卡，A/D转换卡与计算机连接。其中数据采集系统包括连接电源的接线柱、待测模拟场、描绘探针、描绘手柄、描绘手柄上的开关、X-Y机构；其中X-Y机构由X轴滑线电阻、Y轴滑线电阻、X轴联动触头和Y轴联动触头组成，待测模拟场置于描绘平台上，待测模拟场中的电极与接有电源的接线柱连接，待测模拟场可以是导电纸模拟静电场或者导电玻璃模拟静电场或者电解液模拟静电场；描绘手柄上的开关靠近手柄，描绘手柄一端接有描绘探针，另一端连接有X轴联动触头和Y轴联动触头，其中X轴联动触头与X轴滑线电阻连接，在X轴滑线电阻上自由滑动，Y轴联动触头与Y轴滑线电阻连接，在Y轴滑线电阻上自由滑动；X轴滑线电阻和Y轴滑线电阻一端分别与电源连接，另一端分别接地；描绘探针、X轴联动触头、Y轴联动触头与A/D转换卡电连接；A/D转换卡连接到计算机。

本发明静电场描绘仪的控制方法，利用软件编程，采集静电场描绘的数据，利用画图软件进行画图，多视角观察和分析数据，包括以下步骤：

(1)开始；

(2)选择采集方式；

(3)采集数据；

描绘探针在待测模拟场中选一点，然后摁下描绘手柄上的开关，此时描绘探针、X轴联动触头和Y轴联动触头的电压经过A/D转换卡转换为数字值以后进入计算机；

(4)结束采集数据

(5)进入绘图界面；

(6)载入采集的数据；

(7)画图；

(8)结束。

其中步骤(2)中的采集包括自选点采集方式。自选点采集方式，用户在待测模拟场中选取描绘点，然后摁下描绘手柄上的开关，此时描绘探针、X轴联动触头和Y轴联动触头的电压经过A/D转换卡转换为数字值以后进入计算机。这种方式采集的数据载入画图软件中，可以利用画图软件画出等势线、电力线以及三维图等。

本发明的有益效果消除了不同轴误差，利用计算机采集系统直接采集数据，精确度高，消除了实验中的人为误差。通过计算机采集系统自动识别数据点数据，自动读取电位值，极大的提高了采集数据点的效率。根据采集到的数据可以快速绘出静电场分布图，可以画二维电场等位线，电力线；还可以画出电场的三维分布图。并可以用鼠标拖动多视角观察分析数据。

附图说明

图1本发明的系统连接图，

图2本发明的数据采集系统结构示意图，

图3本发明的软件流程图，

图4本发明实施例的等势线的描绘图，

图5本发明实施例的电力线的描绘图，

图6本发明实施例的等势线和电力线叠加描绘图，

图7本发明实施例的三维图的描绘图，图中：1描绘平台，2待测模拟场，3接线柱，4电极，5描绘探针，6描绘手柄，7 Y轴联动触头，8 Y轴滑线电阻，9 X轴联动触头，10 X轴滑线电阻，11描绘手柄上的开关。

具体实施方式

图1为本发明的静电场描绘仪的系统连接图，本发明由数据采集系统、A/D转换卡、计算机三部分组成，A/D转换卡选用普通A/D转换卡，能实现四路以上信号转换。数据采集系统连接到A/D转换卡，A/D转换卡与计算机连接。

图2为本发明的静电场描绘仪的数据采集系统的结构图，数据采集系统包括连接电源的接线柱3(接线柱3也可以与A/D转换卡连接，利用A/D转换卡为其供电)、待测模拟场2、电极4、描绘探针5、描绘手柄6、X-Y机构(实验中可选用X-Y记录仪来代替)，描绘手柄上的开关11，其中X-Y机构由X轴滑线电阻10、Y轴滑线电阻8、X轴联动触头9和Y轴联动触头组成；待测模拟场2置于描绘平台1上，待测模拟场2中放有电极4，电极4连接到接线柱3；描绘手柄6一端接有描绘探针5，另一端连接有X轴联动触头9和Y轴联动触头7，其中X轴联动触头9与X轴滑线电阻10连接，Y轴联动触头7与Y轴滑线电阻8连接；X轴联动触头9、Y轴联动触头7和描绘探针5分别与A/D转换卡电连接；X轴滑线电阻10和Y轴滑线电阻8一端分别与电源相接，另一端分别接地。

图3为本发明的软件流程图，数据采集系统通过A/D转换卡将数据传输到计算机，利用画图软件进行处理，对数据进行图象化显示，可实现多视角观测数据。利用画图软件可以生成等势线图，电力线图以及三维图。

实施例：

利用本发明的静电场描绘仪以及控制方法，采集数据，电源电压取5伏特，然后利用MATLAB语言进行画图，显示的等势线图如图4所示，电力线的图如图5所示，等势线和电力线叠加图如图6所示，实施例的三维图如图7所示。

Claims (4)

1.一种静电场描绘仪，包括数据采集系统、A/D转换卡、计算机，其特征在于数据采集系统连接到A/D转换卡，A/D转换卡与计算机连接；所述的数据采集系统包括连接电源的接线柱(3)、待测模拟场(2)、电极(4)、描绘探针(5)、描绘手柄(6)、描绘手柄上的开关(11)、X-Y机构，其中待测模拟场(2)置于描绘平台(1)上，待测模拟场(2)中的电极(4)连接到接线柱(3)；X-Y机构由X轴联动触头(9)X轴滑线电阻(10)、Y轴联动触头(7)、Y轴滑线电阻(8)组成；描绘手柄(6)一端接有描绘探针(5)，另一端与X轴联动触头(9)和Y轴联动触头(7)机械连接，其中X轴联动触头(9)与X轴滑线电阻(10)连接，在X轴滑线电阻(10)上滑动，Y轴联动触头(7)与Y轴滑线电阻

(8)连接，在Y轴滑线电阻(8)上滑动；X轴联动触头(9)、Y轴联动触头(7)和描绘探针(5)分别与A/D转换卡电连接；X轴滑线电阻(10)和Y轴滑线电阻(8)的一端接有电源，另一端分别接地。

2.按照权利1所述的静电场描绘仪，其特征在于所述的待测模拟场(2)是导电玻璃模拟场或者导电纸模拟场或者电解液模拟场。

3.一种静电场描绘仪的控制方法，其特征在于：该控制方法包括以下步骤：

(1)开始；

(2)选择采集方式；

(3)采集数据；

描绘探针在待测模拟场中选一点，然后摁下描绘手柄上的开关(11)，此时描绘探针、X轴联动触头(9)和Y轴联动触头(7)的电压经过A/D转换卡转换为数字值进入计算机；

(4)结束采集数据；

(5)进入绘图界面；

(6)载入采集的数据；

(7)画图；

(8)结束。

4.按照权利要求3所述的一种静电场描绘仪的控制方法，其特征在于所述的步骤(2)中的选择采集方式为自选点采集方式，选取描绘点，然后摁下描绘手柄上的开关，此时描绘探针、X轴联动触头和Y轴联动触头的电压经过A/D转换卡转换为数字值以后进入计算机。

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