CN105513462B - 一种高精准概率论与数理统计原理网络化演示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精准概率论与数理统计原理网络化演示装置，包括接料盒、设在接料盒内中心处的转轴和设置接料盒内的若干个隔板，所述隔板将所述接料盒均匀分隔成若干个隔间，所述接料盒上设有与所述转轴同轴的接料筒，所述接料盒上设有旋转供料机构，所述隔间下端设置下料口，所述下料口上设置计数机构，所述计数机构与计算机连接。本发明加入计算机并采用组态软件，能设计出合理界面，使得概率演示的过程以及结果能够展示给更多的人看，满足演示装置长久运行时的信息展示要求，本装置结构简单、设计巧妙，能满足概率演示的需求，且概率原理的演示准确度高。

Description

一种高精准概率论与数理统计原理网络化演示装置

技术领域

本发明涉及概率论演示统计演示教具技术领域，具体涉及一种高精准概率论与数理统计原理网络化演示装置。

背景技术

作为学生来说，课上学习是学习的主要方式，教师通过课堂教学方式将知识讲授给学生。概率论这一门课程伴随学生学习的各个阶段，尤其到大学阶段，概率论所涉及的内容更丰富，知识点更多。教师的讲解形式变为电子课件辅导教学，但是依然没有脱离枯燥的讲解知识点和大量做习题这些老套的过程，目前还没有一种直观的概率发生教具帮助学生理解这一门课程的原理，概率是一种比较抽象的概念，因缺少相应教具，教师在进行概率教学时通常依靠理论进行阐述，或者用抛硬币、掷骰子来进行简单的概率统计，使教学不能达到理想的效果。

但是学生想要学好概率论，就必须对概率进行更深层次的了解以及观察，比如说一枚硬币抛出之后，其正面和反面的概率都是50%（不考虑立起的情况），这是每人都知道的，甚至是在第一次接触概率学的课程时老师就会讲的，可是学生从小学上到大学也基本上没有彻底的对概率事件进行过统计，所学习到的都是老师或书中讲的，简单的抛硬币也可能只是老师随手模拟最多几十次，但是概率事件的统计必须进行更多次的试验才能很好的验证，而且次数越多越好。

申请号为CN201520537628.5的实用新型公开了一种大学概率统计教学用的演示装置。该实用新型涉及一种大学概率统计教学用的演示装置。所述的空心圆柱体(1)的背面开有中心通孔(3)，所述的中心通孔(3)内穿过所述的转轴(2)，所述的转轴(2)的后端连接手柄启动装置，所述的转轴(2)装入固定套(4)中，所述的固定套(4)连接支架，所述的空心圆柱体(1)的顶端开有进球孔(5)，所述的空心圆柱体(1)的侧圆周面的底端开有一组出球口(6)，每个所述的出球口(6)分别连接一个人字形球桶(7)，所述的人字形球桶(7)通过固定杆(8)连接在所述的支架上，所述的转轴(2)的前端连接一组搅拌翅(9)。该装置能满足概率演示的需要，但是操作不智能，在使用及记录时非常麻烦。

申请号为CN201510151874.1的发明公开了一种高等数学概率演示装置，用于解决人工抛掷硬币统计硬币正面朝上和反面朝上的概率相等时，费时费力的问题。在侧壁内侧设有若干圆筒，在圆筒中设有第一气缸，在第一气缸活塞杆上设有电磁铁，在圆筒中设有套在第一气缸外部的弹簧，在弹簧的上部固定有金属顶块；在每一圆筒内腔的上部设有一倾斜的垫子；若干圆筒围成硬币抛掷空间，在每一圆筒与侧壁之间设有硬币供给总成；在硬币抛掷空间中设有端盖，端盖为中空结构且端盖上端敞口，在底座上部设有一由电机驱动转动的拨动杆，在端盖的安装端与底座之间设有硬币出口。该装置可自行模拟运行概率统计，减轻教学工作者的负担，但是其时间可能只为几分钟至几个小时，且无法自行统计数据，仍然存在许多不便。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种高精准概率论与数理统计原理网络化演示装置，结构简单，能满足概率演示的需求，且概率原理的演示准确度高、智能化程度高。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种高精准概率论与数理统计原理网络化演示装置，包括接料盒、设在接料盒内中心处的转轴和设置接料盒内的若干个隔板，所述隔板将所述接料盒均匀分隔成若干个隔间，所述接料盒上设有与所述转轴同轴的接料筒，所述接料盒上设有旋转供料机构，所述隔间下端设置下料口，所述下料口上设置计数机构，所述计数机构与计算机连接。

进一步的，所述旋转供料机构包括垂直设置在所述接料盒上的电机和设置在电机驱动轴上的供料盒，所述供料盒边缘设有与之连通的导流管，所述导流管的末端下侧设有与所述接料筒对应的出料口，所述出料口处设有铰接的挡杆，所述挡杆的一端设有上磁铁。

进一步的，所述接料筒上设置与所述上磁铁对应的下磁铁。

进一步的，所述导流管至少为一个，所述导流管均布在所述供料盒周侧。

进一步的，所述电机连接有变频控制器。

进一步的，所述转轴上端为锥形结构。

进一步的，所述计数机构包括设置在所述下料口的红外线计数器，所述红外线计数器与脉冲计数器连接，所述脉冲计数器与所述计算机连接。

进一步的，所述红外线计数器包括对应设置的红外线发射器和红外线接收器。

进一步的，所述接料盒下方设置收集箱，所述收集箱内设置提升机构，所述提升机构的顶端与所述旋转供料机构连接。

进一步的，所述提升机构包括提升管道，所述提升管道的下端设置进气口，所述进气口设置气泵，所述提升管道的一侧设置进球口，所述提升管道的顶端连接所述旋转供料机构。

进一步的，所述计算机安装有组态软件，并利用所述组态软件的网页发布功能，设计概率试验统计网页，设置访问账户和密码，拥有账户和密码的人员可以通过智能手机、ｉＰＡＤ、笔记本电脑等随时随地访问该网页，实时查看概率统计数据。

本发明提供了一种高精准概率论与数理统计原理网络化演示装置，对于概率的演示依靠的是料（采用轻质小球）进入隔间的多少进行计算。旋转供料机构有规律的将小球通过接料筒送至接料盒内，接料筒与接料盒中心的转轴垂直对应，小球下落进行接料盒内后会碰到转轴顶部，经弹起后随即落入隔间内。隔间通过隔板隔出，可控制隔间的多少，来完成不同的概率统计，如隔间为两个时小球落入某个隔间的概率理论为50%，可以适应更多种类的概率演示。隔间的底部可以为锥形，下端设置下料口，小球在进入隔间后可通过下料口漏下去，为后边的小球腾出空间，保证概率演示的准确性。且漏下的小球被计数机构监测并统计，将每个隔间漏下的小球数量监测到后传输至计算机，由计算机进行概率计算并进行数据显示，不再需要人工去对小球进行计数，并计算落入每个隔间的概率，降低了概率演示的难度，并且能够促使概率演示可以长时间进行下去（保证旋转供料机构持续放出小球），而对概率的演示就是需要试验时间足够长才能保证实际概率无线接近理论值，使得概率演示的准确性得到保障。

本发明的有益效果如下：

1）本发明结构简单、设计巧妙，能满足概率演示的需求，且概率原理的演示准确度高；

2）利用磁铁异性相斥的原理来对小球进入接料筒进行控制，出料口设计合理，可以满足小球有序且一个一个进入接料筒，不会造成小球接触转轴弹起后对下一个进入的小球造成影响，确保该演示的准确性；

3）采用自动计数监测，可以对进入每个隔间内的小球数量进行监测，不需要人力去计数，减轻人力成本，且可以源源不断地将小球放入隔间内，使得演示装置不存在时间上限，增加概率演示准确性；

4）加入的提升机构可以将接料盒落下的小球再次提升至旋转供料机构，不需要在演示过程中人工添加小球数量，使得演示装置能够无限运行下去，对概率的原理展示的更加清楚；

5）加入计算机并采用组态软件，能设计出合理界面，使得概率演示的过程以及结果能够展示给更多的人看，满足演示装置长久运行时的信息展示要求。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步描述：

图1是本发明高精准概率论与数理统计原理网络化演示装置的结构示意图；

图2是本发明导流管前端的结构示意图；

图3是本发明隔板的结构示意图；

图4是本发明计数机构的结构示意图；

图5是本发明实施例三的结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1至图5对本发明技术方案进一步展示，具体实施方式如下：

实施例一

本实施例提供了一种高精准概率论与数理统计原理网络化演示装置，包括接料盒1、设在接料盒1内中心处的转轴2和设置接料盒1内的若干个隔板3，所述隔板3将所述接料盒1均匀分隔成若干个隔间4，所述接料盒1上设有与转轴2同轴的接料筒6，所述接料盒1上设有旋转供料机构5，所述隔间4下端设置下料口7，所述下料口7上设置计数机构8，所述计数机构8与计算机9连接。

对于概率的演示依靠的是料（采用轻质小球）进入隔间的多少进行计算。旋转供料机构有规律的将小球通过接料筒送至接料盒内，接料筒与接料盒中心的转轴垂直对应，小球下落进行接料盒内后会碰到转轴顶部，经弹起后随即落入隔间内。隔间通过隔板隔出，可控制隔间的多少，来完成不同的概率统计，如隔间为两个时小球落入某个隔间的概率理论为50%，可以适应更多种类的概率演示。隔间的底部可以为锥形，下端设置下料口，小球在进入隔间后可通过下料口漏下去，为后边的小球腾出空间，保证概率演示的准确性。且漏下的小球被计数机构监测并统计，将每个隔间漏下的小球数量监测到后传输至计算机，由计算机进行概率计算并进行数据显示，不再需要人工去对小球进行计数，并计算落入每个隔间的概率，降低了概率演示的难度，并且能够促使概率演示可以长时间进行下去（保证旋转供料机构持续放出小球），而对概率的演示就是需要试验时间足够长才能保证实际概率无线接近理论值，使得概率演示的准确性得到保障。

所述旋转供料机构5包括垂直设置在所述接料盒1上的电机13和设置在电机驱动轴14上的供料盒10，所述供料盒10边缘设有与之连通的导流管12，所述导流管12的末端下侧设有与所述接料筒6对应的出料口15，所述出料口15处设有铰接的挡杆18，所述挡杆18的一端设有上磁铁16，所述接料筒6上设置与所述上磁铁16对应的下磁铁17。供料盒内的小球11通过导流管进入接料筒，供料盒是设置在电机驱动轴上，由电机驱动可以实现旋转，导流管端部的出料口与接料筒对应，在旋转过程中当出料口旋转到接料筒上方时，上磁铁和下磁铁相对，两个磁铁对应端都采用N级或都采用S级，这样同性相斥，上磁铁会向上运动，从而带动档杆翻转，打开出料口落下小球。在实施过程中需要注意的是保证一次落下一个小球，这需要调整出料口在接料筒上的经过时间。该落球方式不需要额外的主动的驱动装置，通过磁性驱动不用在现场大量布线，结构简单功能很好。

所述导流管12至少为一个，所述导流管12均布在供料盒10周侧，导流管的多少影响小球进入接料盒的速度，为了加速演示的速度可以多设置导流管，但是要注意小球之间不受到影响。

所述电机13连接有变频控制器，变频控制器用来控制电机的转速，从而对导流管的旋转速度进行调节，使得小球正好能单独且有序的进入接料筒，增加装置运行的稳定性，确保概率演示的准确性。

实施例二

本实施例提供了一种高精准概率论与数理统计原理网络化演示装置，包括接料盒1、设在接料盒1内中心处的转轴2和设置接料盒1内的若干个隔板3，所述隔板3将所述接料盒1均匀分隔成若干个隔间4，所述接料盒1上设有与转轴2同轴的接料筒6，所述接料盒1上设有旋转供料机构5，所述隔间4下端设置下料口7，所述下料口7上设置计数机构8，所述计数机构8与计算机9连接。

所述转轴2上端为锥形结构，小球从接料筒落下会碰到转轴的顶端，若转轴顶端为平面结构，小球有很大几率会向上弹起，影响到后续从接料筒下落的小球，导致概率演示的准确性降低。采用锥形结构，小球碰到转轴顶端会立即向周围弹起，进入接料盒的隔间内，避免对后边进入的小球造成影响。转轴的顶端也可以采用半圆结构、棱锥等结构，也可减少对后下落小球的影响，但是效果比锥形结构略差。

实施例三

本实施例还提供了一种高精准概率论与数理统计原理网络化演示装置，包括接料盒1、设在接料盒1内中心处的转轴2和设置接料盒1内的若干个隔板3，所述隔板3将所述接料盒1均匀分隔成若干个隔间4，所述接料盒1上设有与转轴2同轴的接料筒6，所述接料盒1上设有旋转供料机构5，所述隔间4下端设置下料口7，所述下料口7上设置计数机构8，所述计数机构8与计算机9连接。

所述计数机构8包括设置在所述下料口7的红外线计数器26，所述红外线计数器26与脉冲计数器19连接，所述脉冲计数器19与所述计算机9连接。技术机构采用的是红外线计数器，红外线计数器主要依靠红外线的传导，可采用对射式或者折射式来检测小球是否经过，在小球经过时电路会触发脉冲，传入脉冲计数器，计数器种类有很多，这里为了配合红外线计数器使用采用脉冲计数器，其可以对红外线计数器产生的脉冲进行计数，每个脉冲计数器对应一个红外线计数器，负责对对应的下料口经过的小球进行计数。且脉冲计数器具有RS485自由协议或ModBus协议通讯功能，可以与计算机连接，将数据发送至计算机在屏幕上进行显示，使用非常方便。

所述红外线计数器26包括对应设置的红外线发射器20和红外线接收器21。该计数器为对射式红外线计数器，红外线发射器设置在下料口的一侧，红外线接收器设置在下料口的另一侧，红外线发射器发射红外线被接收器接收，当有小球经过时将红外线遮挡，接收器无法接收到红外线，便产生一个脉冲发送至脉冲计数器，脉冲计数器接收到脉冲进行计数，完成对小球的自动计数功能。

实施例四

本实施例还提供了一种高精准概率论与数理统计原理网络化演示装置，包括接料盒1、设在接料盒1内中心处的转轴2和设置接料盒1内的若干个隔板3，所述隔板3将所述接料盒1均匀分隔成若干个隔间4，所述接料盒1上设有与转轴2同轴的接料筒6，所述接料盒1上设有旋转供料机构5，所述隔间4下端设置下料口7，所述下料口7上设置计数机构8，所述计数机构8与计算机9连接。

所述接料盒1下方设置收集箱22，所述收集箱22内设置提升机构27，所述提升机构27的顶端与所述旋转供料机构5连接。小球从下料口落下后通过收集箱收集起来，并通过提升机构将小球从收集箱提升至旋转供料机构，完成小球概率选择的一个过程，并使得小球可以实现循环，不需要额外的工作人员参加，方便老师进行讲学，也使得该概率演示装置在通电状态下可以一直运行下去，可以非常完美的演示概率原理。

所述提升机构27包括提升管道25，所述提升管道25的下端设置进气口28，所述进气口28设置气泵24，所述提升管道25的一侧设置进球口23，所述提升管道25的顶端连接所述旋转供料机构5。这是提升机构的一种实现方式，通过在管道底部吹气，使其在提升管道侧面的进球口形成负压，将小球吸入进球口并进一步吸入提升管道内，并被气泵大气提升至提升管道顶端，提升管道顶端对应旋转供料机构，实现小球的自动化提升。进气口设置气泵的方式为在气泵的出气口设置一个较细的喷气管道，且该喷气管道伸入到提升管道内，顶端不超过收集箱的底部高度，并通过密封环密封提升管道的下端，气泵打出的高压气体凝而不散，在经过进球口时不会因为向外漏气而导致小球不能被吸入提升管道内，且保证小球被提升的力道更足，速度更快。也可采用其他的提升方式，如传送带等，实现小球的提升即可。

实施例五

本实施例还提供了一种高精准概率论与数理统计原理网络化演示装置，包括接料盒1、设在接料盒1内中心处的转轴2和设置接料盒1内的若干个隔板3，所述隔板3将所述接料盒1均匀分隔成若干个隔间4，所述接料盒1上设有与转轴2同轴的接料筒6，所述接料盒1上设有旋转供料机构5，所述隔间4下端设置下料口7，所述下料口7上设置计数机构8，所述计数机构8与计算机9连接。

所述计算机9安装有组态软件，并利用所述组态软件的网页发布功能，设计概率试验统计网页，设置访问账户和密码，拥有账户和密码的人员可以通过智能手机、ｉＰＡＤ、笔记本电脑等随时随地访问该网页，实时查看概率统计数据。组态软件，又称组态监控软件系统软件，是现在发展非常成熟的一种技术，它是指一些数据采集与过程控制的软件，可采用力控组态软件，其自带网络发布功能，可将演示监测到的数据发送至网页，这样学生、老师、甚至是研究人员可通过能够上网的装置对其进行远程在线查阅，随时了解本装置演示的过程及结果，对学校概率教学具有重大的意义。

本发明利用磁铁异性相斥的原理来对小球进入接料筒进行控制，出料口设计合理，可以满足小球有序且一个一个进入接料筒，不会造成小球接触转轴弹起后对下一个进入的小球造成影响，确保该演示的准确性；且采用自动计数监测，可以对进入每个隔间内的小球数量进行监测，不需要人力去计数，减轻人力成本，且可以源源不断地将小球放入隔间内，使得演示装置不存在时间上限，增加概率演示准确性；并加入的提升机构可以将接料盒落下的小球再次提升至旋转供料机构，不需要在演示过程中人工添加小球数量，使得演示装置能够无限运行下去，对概率的原理展示的更加清楚；最重要的是加入计算机并采用组态软件，能设计出合理界面，使得概率演示的过程以及结果能够展示给更多的人看，实现远程网络在线查阅，满足演示装置长久运行时的信息展示要求。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种高精准概率论与数理统计原理网络化演示装置，其特征在于：包括接料盒、设在接料盒内中心处的转轴和设置接料盒内的若干个隔板，所述隔板将所述接料盒均匀分隔成若干个隔间，所述接料盒上设有与所述转轴同轴的接料筒，所述接料盒上设有旋转供料机构，所述隔间下端设置下料口，所述下料口上设置计数机构，所述计数机构与计算机连接；

所述旋转供料机构包括垂直设置在所述接料盒上的电机和设置在电机驱动轴上的供料盒，所述供料盒边缘设有与之连通的导流管，所述导流管的末端下侧设有与所述接料筒对应的出料口，所述出料口处设有铰接的挡杆，所述挡杆的一端设有上磁铁。

2.如权利要求1所述的高精准概率论与数理统计原理网络化演示装置，其特征在于：所述接料筒上设置与所述上磁铁对应的下磁铁。

3.如权利要求1所述的高精准概率论与数理统计原理网络化演示装置，其特征在于：所述导流管至少为一个，所述导流管均布在所述供料盒周侧。

4.如权利要求1所述的高精准概率论与数理统计原理网络化演示装置，其特征在于：所述电机连接有变频控制器。

5.如权利要求1所述的高精准概率论与数理统计原理网络化演示装置，其特征在于：所述转轴上端为锥形结构。

6.如权利要求1所述的高精准概率论与数理统计原理网络化演示装置，其特征在于：所述计数机构包括设置在所述下料口的红外线计数器，所述红外线计数器与脉冲计数器连接，所述脉冲计数器与所述计算机连接。

7.如权利要求6所述的高精准概率论与数理统计原理网络化演示装置，其特征在于：所述红外线计数器包括对应设置的红外线发射器和红外线接收器。