CN104851338A - 便携式激光多功能振动合成演示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种便携式激光多功能振动合成演示装置，包括底座、激光器、第一振镜、第二振镜、转镜机构，平面镜等，第二振镜包括线圈、永久磁铁、第二振片，第二振片一端固定于底座上，另一端穿过线圈及永久磁铁的南、北两极间隙，连接第二平面镜、第三平面镜；转镜机构包括电机、受电机驱动而旋转的转镜，该转镜由圆柱体及圆柱体的外周面紧密贴合的若干大小、形状相同的矩形平面镜构成，激光器发出的激光经振动的第三平面镜反射至旋转的转镜上，可形成简谐振动图形，激光经振动的第一平面镜、第二平面镜的反射，可形成李萨如图形，激光经振动的第一平面镜、第二平面镜、静止的平面镜、旋转的转镜依次反射，可形成拍频图形。本发明便于携带、演示效果良好。

Description

便携式激光多功能振动合成演示装置

技术领域

本发明涉及一种便携式激光多功能振动合成演示装置，适用于物理教学、实验演示。

背景技术

简谐振动图形、李萨如图形及拍频图形演示是物理教学、实验的重要内容，目前上述图形的演示一般是在实验室通过调整信号发生器、示波器等实验器材实现，这些实验器材不便于携带到课堂上演示，且示波器屏幕小，课堂显示效果具有局限性。

发明内容

鉴于上述原因，本发明提供一种便携式激光多功能振动合成演示装置，该演示装置可实现简谐振动图形、李萨如图形、拍频图形的演示，且便于携带、演示效果良好，特别适用于课堂演示、教学。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种便携式激光多功能振动合成演示装置，包括底座、底座上的激光器、第二振镜、转镜机构，

第二振镜包括线圈、永久磁铁、第二振片，第二振片一端固定于底座，另一端穿过线圈及永久磁铁的南、北两极间隙，并于一侧连接一第三平面镜，该第二振片与底座呈垂直状态；

该转镜机构包括驱动单元、受驱动单元驱动而旋转的转镜，该转镜由圆形转件及圆形转件的外圆周面紧密贴合的若干大小、形状相同的矩形平面镜构成，

该激光器发出的激光经振动的第三平面镜反射至旋转的转镜上，形成简谐振动图形。

进一步的，

装置还包括第一振镜，其包括线圈、永久磁铁、第一振片，该第一振片的一端固定于底座上，另一端穿过线圈及永久磁铁的南、北两极间隙，连接一第一平面镜，该第一振片与所述底座呈平行状态；所述第二振片的另一端的另一侧还连接一第二平面镜，所述激光器发出的激光经振动的第一平面镜反射至振动的第二平面镜上，该第二平面镜的反射光形成李萨如图形。

装置还包括平面镜，该平面镜枢设于所述底座上，所述第一振镜通过一支架连接于所述底座上，所述第一振镜可随支架转动，而使所述第一振片与所述底座呈垂直状态；

所述激光器发出的激光依次经振动的所述第一平面镜、第二平面镜、静止的该平面镜、旋转的所述转镜的反射，形成拍频图形。

装置还包括用于调整振动频率的变频电路，外接交流电源通过该变频电路与所述第二振镜的线圈相连接。

所述变频电路包括变压器、稳压器、振荡集成电路、功率放大电路，外接交流电源经该变压器降压、稳压器稳压后，利用振荡集成电路实现调频并输出正弦波形，输出电压经该功率放大电路放大后连接所述线圈两端。

所述底座上还设有用于调整所述第二振片振动频率的调频旋钮、用于调整振幅的调压旋钮、用于调整所述驱动单元转速的调速旋钮、用于显示频率值的显示屏幕。

所述驱动单元为减速电机。

本发明的优点在于：

本发明可演示简谐振动图形、不同频率比的李萨如图形、拍频图形，结构简单、使用方便、便于携带，且演示效果直观、生动，特别适用于课堂演示、教学。

附图说明

图1是本发明的便携式激光多功能振动合成演示装置的俯视图。

图2是本发明的变频电路的电路原理图。

图3是本发明的转镜的结构示意图。

图4是本发明的支架的结构示意图。

图5是本发明演示简谐振动图形的光路示意图。

图6是本发明演示李萨如图形的光路示意图。

图7是本发明演示拍频图形的光路示意图。

图8是本发明的调压电路的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

如图1至3所示，本发明公开的便携式激光多功能振动合成演示装置，包括底座1、激光器2、第一振镜、第二振镜、转镜机构5、平面镜6、变频电路，激光器2、第一振镜、第二振镜的第二平面镜41及第三平面镜42、转镜机构5、平面镜6设于底座1上，变频电路内置于底座1中；

第一振镜通过支架12固定于底座1上，其包括线圈32、永久磁铁33、第一振片34，第一振片34一端通过连接块35固定于支架12上，另一端穿过线圈32及永久磁铁33的南、北两极间隙，连接一第一平面镜31；当线圈32接通50HZ的交流电时，线圈产生的交变磁场使第一振片34磁化，第一振片34的磁极随着电流方向的改变而不断变化，在永久磁铁33的磁场作用下，第一振片34上下振动，振动周期与电流的变化周期一致；

如图4所示，支架12由第一连接件121与第二连接件122枢接而成，第一振镜固定于第一连接件121上，第一振镜可随第一连接件121绕第二连接件122转动，使第一振片可与底座1呈平行或是垂直状态，进而，第一振片的振动可形成平行振动或是竖直振动。

第二振镜包括线圈、永久磁铁、第二振片44，第二振片44一端固定于底座1内，另一端穿过线圈及永久磁铁的南、北两极间隙，穿出底座1，并于两侧分别连接有第二平面镜41和第三平面镜42，第二振片44与底座1呈垂直状态。

如图2所示，外接交流电源(220V 50HZ)通过变压器与第一振镜的线圈相连接，该第一振镜的振动频率固定为50Hz，外接交流电源通过变频电路与第二振镜的线圈相连接，通过该变频电路可调整第二振镜的第二振片44的振动频率；具体的说，变频电路包括变压器、稳压器、振荡集成电路、功率放大电路，交流电源经变压器(220V-9V)降压、稳压器LM7812CT、LM7912CT稳压后，利用振荡集成电路ICL8038实现调频并输出正弦波形，输出电压经功率放大电路TDA2030放大后连接线圈两端，实现调整振片的振动频率。

如图3所示，转镜机构5包括电机及转镜，转镜由圆柱体52及圆柱体外周面紧密贴合的若干大小、形状相同的矩形平面镜51构成，电机的输出轴与圆柱体52的轴心相连接；于一具体实施例中，矩形平面镜的长为3cm，宽为1cm；电机选用可靠耐用、耗能低、噪音低、体积较小的减速电机。

平面镜6通过连接块、枢轴枢设于底座1上，可相对底座1旋转，以便于调整光路、形成理想的拍频图形。

如图1所示，底座1上还设有用于调整第二振片振动频率的调频旋钮7、用于调整振幅的调幅旋钮8(调幅电路见图8)、电机开关10、用于调整电机转速的调速旋钮9、用于显示频率值的显示屏11。

本发明的便携式激光多功能振动合成演示装置，可以演示简谐振动图形、李萨如图形及拍频图形，具体地说：

1、简谐振动图形：

如图5所示，打开电源，第二振镜的第二平面镜41、第三平面镜42随第二振片44振动，转镜在电机的驱动下转动，激光器发出的激光经第三平面镜42反射至转镜上，经转镜上的若干矩形平面镜的反射，形成简谐振动图形。

2、李萨如图形：

如图6所示，打开电源，调整第一振镜的位置，使第一振片34与底座保持平行，第一振镜的第一平面镜31随第一振片34振动，第二振镜的第二平面镜41、第三平面镜42随第二振片44振动；激光器发出的激光经第一平面镜31反射至第二平面镜41上，调整第二振镜的振动频率，使第二平面镜41的反射光形成不同频率比的李萨如图形。

3、拍频图形：

如图7所示，打开电源，调整第一振镜的位置，使第一振片34与底座保持垂直位置关系，第一振镜的第一平面镜31随第一振片34振动，第二振镜的第二平面镜41、第三平面镜42随第二振片44振动，转镜在电机的驱动下转动，调整平面镜6的位置，使平面镜6将第二平面镜41的反射光反射至转镜上；激光器发出的激光依次经第一平面镜31、第二平面镜41、平面镜6反射至转镜上，经转镜上的若干矩形平面镜51的反射，形成拍频图形，需要注意的是，当第一振镜与第二振镜的振动频率之差在5HZ-8HZ的范围之内时，形成的拍频图形效果较好。

为使图形演示效果更好，在上述图形演示的过程中，可通过调整调频旋钮，调整输出波形的频率，通过调整调幅旋钮，调整输出波形的幅度，通过调整调速旋钮，调整转镜的转速(相当于调整示波器的扫描时间)；形成的图形可投影至屏幕上、墙面上等位置；通过简单的调镜片、调频、调压、调速等实现了不同振动合成图形的直观、生动、可视化演示效果。

以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.便携式激光多功能振动合成演示装置，其特征在于，包括底座、底座上的激光器、第二振镜、转镜机构，

第二振镜包括线圈、永久磁铁、第二振片，第二振片一端固定于底座，另一端穿过线圈及永久磁铁的南、北两极间隙，并于一侧连接一第三平面镜，该第二振片与底座呈垂直状态；

该转镜机构包括驱动单元、受驱动单元驱动而旋转的转镜，该转镜由圆形转件及圆形转件的外圆周面紧密贴合的若干大小、形状相同的矩形平面镜构成，

该激光器发出的激光经振动的第三平面镜反射至旋转的转镜上，形成简谐振动图形。

2.如权利要求1所述的便携式激光多功能振动合成演示装置，其特征在于，还包括第一振镜，其包括线圈、永久磁铁、第一振片，该第一振片的一端固定于底座上，另一端穿过线圈及永久磁铁的南、北两极间隙，连接一第一平面镜，该第一振片与所述底座呈平行状态；所述第二振片的另一端的另一侧还连接一第二平面镜，所述激光器发出的激光经振动的第一平面镜反射至振动的第二平面镜上，该第二平面镜的反射光形成李萨如图形。

3.如权利要求2所述的便携式激光多功能振动合成演示装置，其特征在于，还包括平面镜，该平面镜枢设于所述底座上，所述第一振镜通过一支架连接于所述底座上，所述第一振镜可随支架转动，而使所述第一振片与所述底座呈垂直状态；

所述激光器发出的激光依次经振动的所述第一平面镜、第二平面镜、静止的该平面镜、旋转的所述转镜的反射，形成拍频图形。

4.如权利要求3所述的便携式激光多功能振动合成演示装置，其特征在于，还包括用于调整振动频率的变频电路，外接交流电源通过该变频电路与所述第二振镜的线圈相连接。

5.如权利要求4所述的便携式激光多功能振动合成演示装置，其特征在于，所述变频电路包括变压器、稳压器、振荡集成电路、功率放大电路，外接交流电源经该变压器降压、稳压器稳压后，利用振荡集成电路实现调频并输出正弦波形，输出电压经该功率放大电路放大后连接所述线圈两端。

6.如权利要求4所述的便携式激光多功能振动合成演示装置，其特征在于，所述底座上还设有用于调整所述第二振片振动频率的调频旋钮、用于调整振幅的调压旋钮、用于调整所述驱动单元转速的调速旋钮、用于显示频率值的显示屏幕。

7.如权利要求1所述的便携式激光多功能振动合成演示装置，其特征在于，所述驱动单元为减速电机。