CN109147503A - 一种自由落体重力加速度测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自由落体重力加速度测量仪，包括底板，底板顶部的两侧均固定连接有支撑架，支撑架的顶部固定连接有安装板，安装板的顶部固定连接有安装箱，安装箱内壁的顶部固定连接有收线箱，收线箱内壁的两侧之间通过轴承转动连接有蜗杆，蜗杆的一端贯穿收线箱并延伸至收线箱的一侧，涉及教学实验设施技术领域。该自由落体重力加速度测量仪，这样很好的避免了测量仪在一次实验结束后，需要实验人员手动将实验球捡起，重新放入最高点等待下一次实验的情况发生，大大提高了测量仪的自动化程度，减小了实验人员的工作负担，实现了既快速有方便的使实验球自动收回，从而大大方便了实验人员对自由落体重力加速度的测量工作。

Description

一种自由落体重力加速度测量仪

技术领域

本发明涉及教学实验设施技术领域，具体为一种自由落体重力加速度测量仪。

背景技术

自由落体重力加速度测量是非常重要的技术，在科学研究和中学物理实验教学中占据重要地位，其测量仪是通过测量自由落体运动的距离和时间，根据h＝v0t+gt2/2公式计算重力加速度大小，目前自由落体重力加速度测量仪大多由支架、电磁铁、小铁球、三个光电门、电子计时器构成。实验前，调整支架铅垂，安装光电门于支架的上、中、下适当位置，实验时，用电磁铁控制小球做自由落体运动，并测得两段下落高度和下落时间，根据公式h＝v0t+gt2/2计算加速度的值，其中v0是相同的。

然而，这样的测量仪在一次实验结束后，都需要实验人员手动将实验球捡起，重新放入最高点等待下一次实验，这样的测量仪的自动化程度较低，大大增加了实验人员的工作负担，不能实现既快速有方便的使实验球自动收回，从而给实验人员对自由落体重力加速度的测量工作带来了极大的不便。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种自由落体重力加速度测量仪，解决了现有的测量仪在一次实验结束后，都需要实验人员手动将实验球捡起，重新放入最高点等待下一次实验，这样的测量仪的自动化程度较低，大大增加了实验人员工作负担的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种自由落体重力加速度测量仪，包括底板，所述底板顶部的两侧均固定连接有支撑架，所述支撑架的顶部固定连接有安装板，且安装板的顶部固定连接有安装箱，所述安装箱内壁的顶部固定连接有收线箱，所述收线箱内壁的两侧之间通过轴承转动连接有蜗杆，所述蜗杆的一端贯穿收线箱并延伸至收线箱的一侧，所述安装箱内壁的顶部且位于收线箱的一侧通过L型固定架固定连接有卷扬电机，且卷扬电机输出轴的一端通过轴承与蜗杆延伸至收线箱一侧的一端固定连接，所述收线箱内壁的背面通过轴承转动连接有旋转轴，且旋转轴的外表面固定连接有与蜗杆相适配的蜗轮，所述旋转轴的一端固定连接有固定板，且固定板远离旋转轴的一侧固定连接有卷线滚轮，所述卷线滚轮的外表面套设有与其相适配的推板，且推板一侧的顶部和底部与固定板一侧的顶部和底部之间均固定连接有电动伸缩杆，所述卷线滚轮的外表面缠绕有连接绳，所述连接绳远离卷线滚轮的一端依次贯穿收线箱、安装箱和安装板并延伸至安装板的底部，所述连接绳延伸至安装板底部的一端固定连接有实验球。

优选的，所述安装箱内壁的底部通过安装架转动连接有传动轴，所述传动轴的一端贯穿安装架并延伸至安装架的一侧，所述安装箱内壁底部的一侧通过连接块固定连接有夹紧电机，且夹紧电机输出轴的一端通过联轴器与传动轴延伸至安装架一侧的一端固定连接，传动轴两端的外表面均固定连接有第一皮带轮。

优选的，所述安装板底部的两侧均通过安装架分别转动连接有第一螺纹杆和第二螺纹杆，且第一螺纹杆和第二螺纹杆的外表面均螺纹连接有移动套筒，所述移动套筒外表面通过滑动板与安装板的底部滑动连接，且移动套筒的一端固定连接有半圆形夹紧板，所述半圆形夹紧板内壁的一侧通过缓冲弹簧固定连接有弹性软垫，所述第一螺纹杆和第二螺纹杆的外表面且位于移动套筒的一侧固定连接有第二皮带轮，且第二皮带轮的外表面通过皮带与第一皮带轮的外表面传动连接。

优选的，所述支撑架的一侧固定连接有传动齿板，且支撑架的正面固定连接有刻度尺，所述支撑架的外表面活动连接有移动架，所述移动架内壁的正面和背面之间通过轴承转动连接有转动杆，所述转动杆的一端贯穿移动架并延伸至移动架的正面，所述转动杆位于移动架内部的外表面固定连接有与传动齿板相适配的传动齿轮，所述移动架的正面且位于转动杆的外表面固定连接有卡接装置，且移动架的一侧固定连接有光电检测单元。

优选的，所述卡接装置包括卡接块，所述卡接块的一侧开设有与转动杆相适配的通孔，所述卡接块的内部且位于通孔的顶部和底部均开设有卡接槽，且卡接槽的内部通过卡接弹簧固定连接有T型卡头，所述转动杆位于通孔内部的外表面开设有与T型卡头相适配的卡槽，所述卡接块的一侧通过复位弹簧固定连接有与T型卡头相适配的T型压头。

优选的，所述安装箱内壁底部的另一侧固定连接有中央处理器，且安装箱内壁顶部的一侧固定连接有数字计时器，所述安装箱的正面分别固定安装有显示器、指示灯和控制开关。

优选的，所述控制开关和光电检测单元的输出端均与中央处理器的输入端连接，且中央处理器的输出端分别与显示器、卷扬电机、夹紧电机、电动伸缩杆和指示灯的输入端连接，所述中央处理器与数字计时器实现双向连接，且数字计时器与实验室计算机实现双向连接。

优选的，所述光电检测单元包括第一光电传感器和第二光电传感器，所述第一光电传感器和第二光电传感器的输出端均与中央处理器的输入端连接

优选的，所述中央处理器的输入端与电源模块的输出端电性连接，且电源模块的输出端分别与光电检测单元和控制开关的输入端电性连接。

(三)有益效果

本发明提供了一种自由落体重力加速度测量仪。具备以下有益效果：

(1)、该自由落体重力加速度测量仪，通过在安装箱内壁的顶部固定连接有收线箱，且收线箱内壁的两侧之间通过轴承转动连接有蜗杆，再分别通过卷扬电机、旋转轴、蜗轮、固定板、卷线滚轮、推板和电动伸缩杆的配合设置，可实现将连接绳自动卷起，并将卷在卷线滚轮上的连接绳从卷线滚轮上推下为下一次实现做准备，这样很好的避免了测量仪在一次实验结束后，需要实验人员手动将实验球捡起，重新放入最高点等待下一次实验的情况发生，大大提高了测量仪的自动化程度，减小了实验人员的工作负担，实现了既快速有方便的使实验球自动收回，从而大大方便了实验人员对自由落体重力加速度的测量工作。

(2)、该自由落体重力加速度测量仪，通过在安装箱内壁的底部通过安装架转动连接有传动轴，传动轴的一端贯穿安装架并延伸至安装架的一侧，再分别通过，再分别通过夹紧电机、第一皮带轮、第一螺纹杆、第二螺纹杆、移动套筒、半圆形夹紧板和弹性软垫的配合设置，可实现对提升后的实验球进行夹紧固定。

(3)、该自由落体重力加速度测量仪，通过在支撑架的一侧固定连接有传动齿板，且支撑架的外表面活动连接有移动架，再分别通过转动杆、传动齿轮和卡接装置的配合设置，可实现对两个光电传感器之间的距离进行调节固定，从而实现改变距离值来进行多组实验减小误差。

(4)、该自由落体重力加速度测量仪，通过在安装箱内壁底部的另一侧固定连接有中央处理器，且安装箱内壁顶部的一侧固定连接有数字计时器，再分别通过显示器、指示灯、控制开关和实验室计算机的配合设置，可实现对整个实验进行自动化计时控制，从而大大方便了实验人员的使用。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明结构的剖视图；

图3为本发明图2中A处的局部放大图；

图4为本发明收线箱内部的侧视图；

图5为本发明卡接装置的结构示意图；

图6为本发明系统的结构原理框图。

图中，1底板、2支撑架、3安装板、4安装箱、5收线箱、6蜗杆、7卷扬电机、8旋转轴、9蜗轮、10固定板、11卷线滚轮、12推板、13电动伸缩杆、14连接绳、15实验球、16传动轴、17夹紧电机、18第一皮带轮、19第一螺纹杆、20第二螺纹杆、21移动套筒、22半圆形夹紧板、23弹性软垫、24第二皮带轮、25传动齿板、26刻度尺、27移动架、28转动杆、29传动齿轮、30卡接装置、301卡接块、302通孔、303卡接槽、304T型卡头、305卡槽、306T型压头、31光电检测单元、311第一光电传感器、312第二光电传感器、32中央处理器、33数字计时器、34电源模块、35显示器、36指示灯、37控制开关、38实验室计算机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6，本发明实施例提供一种技术方案：一种自由落体重力加速度测量仪，包括底板1，底板1顶部的两侧均固定连接有支撑架2，支撑架2的一侧固定连接有传动齿板25，且支撑架2的正面固定连接有刻度尺26，刻度尺26的作用是方便人们读取两个光电传感器之间的距离值，支撑架2的外表面活动连接有移动架27，移动架27内壁的正面和背面之间通过轴承转动连接有转动杆28，转动杆28的一端贯穿移动架27并延伸至移动架27的正面，转动杆28位于移动架27内部的外表面固定连接有与传动齿板25相适配的传动齿轮29，移动架27的正面且位于转动杆28的外表面固定连接有卡接装置30，卡接装置30包括卡接块301，卡接块301的一侧开设有与转动杆28相适配的通孔302，卡接块301的内部且位于通孔302的顶部和底部均开设有卡接槽303，且卡接槽303的内部通过卡接弹簧固定连接有T型卡头304，转动杆28位于通孔302内部的外表面开设有与T型卡头304相适配的卡槽305，卡接块301的一侧通过复位弹簧固定连接有与T型卡头304相适配的T型压头306，且移动架27的一侧固定连接有光电检测单元31，支撑架2的顶部固定连接有安装板3，且安装板3的顶部固定连接有安装箱4，安装箱4内壁的底部通过安装架转动连接有传动轴16，传动轴16的一端贯穿安装架并延伸至安装架的一侧，安装箱4内壁底部的一侧通过连接块固定连接有夹紧电机17，且夹紧电机17输出轴的一端通过联轴器与传动轴16延伸至安装架一侧的一端固定连接，传动轴16两端的外表面均固定连接有第一皮带轮18，安装板3底部的两侧均通过安装架分别转动连接有第一螺纹杆19和第二螺纹杆20，第一螺纹杆19和第二螺纹杆20的螺纹方向相反，从而使两个半圆形夹紧板22向中间移动，且第一螺纹杆19和第二螺纹杆20的外表面均螺纹连接有移动套筒21，移动套筒21外表面通过滑动板与安装板3的底部滑动连接，且移动套筒21的一端固定连接有半圆形夹紧板22，半圆形夹紧板22内壁的一侧通过缓冲弹簧固定连接有弹性软垫23，弹性软垫23具有很好的弹性缓冲效果，第一螺纹杆19和第二螺纹杆20的外表面且位于移动套筒21的一侧固定连接有第二皮带轮24，且第二皮带轮24的外表面通过皮带与第一皮带轮18的外表面传动连接，安装箱4内壁的顶部固定连接有收线箱5，收线箱5内壁的两侧之间通过轴承转动连接有蜗杆6，蜗杆6的一端贯穿收线箱5并延伸至收线箱5的一侧，安装箱4内壁的顶部且位于收线箱5的一侧通过L型固定架固定连接有卷扬电机7，且卷扬电机7输出轴的一端通过轴承与蜗杆6延伸至收线箱5一侧的一端固定连接，收线箱5内壁的背面通过轴承转动连接有旋转轴8，且旋转轴8的外表面固定连接有与蜗杆6相适配的蜗轮9，旋转轴9的一端固定连接有固定板10，且固定板10远离旋转轴9的一侧固定连接有卷线滚轮11，卷线滚轮11的外表面套设有与其相适配的推板12，且推板12一侧的顶部和底部与固定板10一侧的顶部和底部之间均固定连接有电动伸缩杆13，卷线滚轮11的外表面缠绕有连接绳14，连接绳14远离卷线滚轮11的一端依次贯穿收线箱5、安装箱和安装板4并延伸至安装板4的底部，连接绳14延伸至安装板3底部的一端固定连接有实验球15，安装箱4内壁底部的另一侧固定连接有中央处理器32，且安装箱4内壁顶部的一侧固定连接有数字计时器33，安装箱4的正面分别固定安装有显示器35、指示灯36和控制开关37，控制开关37和光电检测单元31的输出端均与中央处理器32的输入端连接，中央处理器32的型号为ARM9，且中央处理器32的输出端分别与显示器35、卷扬电机7、夹紧电机17、电动伸缩杆13和指示灯36的输入端连接，中央处理器32与数字计时器33实现双向连接，数字计时器33的型号为WSC-J12007，且数字计时器33与实验室计算机38实现双向连接，光电检测单元31包括第一光电传感器311和第二光电传感器312，第一光电传感器311和第二光电传感器312的型号均为E3JK-5M3，第一光电传感器311和第二光电传感器312的输出端均与中央处理器32的输入端连接，中央处理器32的输入端与电源模块34的输出端电性连接，且电源模块34的输出端分别与光电检测单元31和控制开关37的输入端电性连接。

使用时，先通过电源模块34分别使中央处理器32、光电检测单元31和控制开关37通电，然后实验人员可根据实验要求调节第一光电传感器311的发射端和第二光电传感器312的发射端之间的距离，实验人员可先按下T型压头306，使T型压头306将T型卡头304从卡槽305内挤出，然后实验人员即可旋转转动杆28，转动杆28分别通过传动齿轮29和传动齿板25带动第一光电传感器311的发射端和第二光电传感器312的发射端进行移动，此时实验人员可观察移动架27上在刻度尺26上的指针移动情况，当第一光电传感器311的发射端和第二光电传感器312的发射端之间的距离达到合适的距离值时，实验人员可松开T型压头306，使T型卡头604卡入此时的卡槽305内，从而实现将第一光电传感器311的发射端和第二光电传感器312的发射端进行固定，同时实验人员将第一光电传感器311的接收端和第二光电传感器312的接收端与发射端进行调节对齐，之后实验人员可操作控制开关37，使中央处理器32控制夹紧电机17开始工作，夹紧电机17会分别通过传动轴16、第一皮带轮18和第二皮带轮24带动第一螺纹杆19和第二螺纹杆20旋转，第一螺纹杆19和第二螺纹杆20再分别通过移动套筒21和半圆形夹紧板22带动弹性软垫23向外移动，从而实现将实验球15放下，实验球15开始进行自由落体运动，当实验球15遮住第一光电传感器311发射的激光时，数字计时器33开始计时，当实验球15遮住第二光电传感器312发射的激光时，数字计时器33停止计时，这样可实现对实验球15在设定距离之间的时间进行采样，同时数字计时器33也会对实验球15经过第一光电传感器311和第二光电传感器312时的时间进行检测，并通过实验室计算机38计算出实验球15经过第一光电传感器311和第二光电传感器312时的瞬时速度，再通过实验室计算机38根据公式h＝v0t+gt2/2自动绘制出函数关系图，并在显示器35上显示出来，这样即可完成一次测量实验，之后实验人员可操作控制开关37，使中央处理器32分别控制指示灯36和卷扬电机7开始工作，指示灯36亮起，卷扬电机7会分别通过蜗杆6、蜗轮9和旋转轴8带动卷线滚轮11进行旋转绕线，使实验球15升起，当实验球15达到适当高度后，人们可操作控制开关37，使卷扬电机7停止工作，并使夹紧电机17反转，通过弹性软垫23将实验球15夹住，此时人们可操作控制开关37，使电动伸缩杆13伸出，通过推板12将卷线滚轮11上缠绕的连接绳14从卷线滚轮11上推下，这样即可完成对下一次测量实验的准备工作。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种自由落体重力加速度测量仪，包括底板(1)，其特征在于：所述底板(1)顶部的两侧均固定连接有支撑架(2)，所述支撑架(2)的顶部固定连接有安装板(3)，且安装板(3)的顶部固定连接有安装箱(4)，所述安装箱(4)内壁的顶部固定连接有收线箱(5)，所述收线箱(5)内壁的两侧之间通过轴承转动连接有蜗杆(6)，所述蜗杆(6)的一端贯穿收线箱(5)并延伸至收线箱(5)的一侧，所述安装箱(4)内壁的顶部且位于收线箱(5)的一侧通过L型固定架固定连接有卷扬电机(7)，且卷扬电机(7)输出轴的一端通过轴承与蜗杆(6)延伸至收线箱(5)一侧的一端固定连接，所述收线箱(5)内壁的背面通过轴承转动连接有旋转轴(8)，且旋转轴(8)的外表面固定连接有与蜗杆(6)相适配的蜗轮(9)，所述旋转轴(9)的一端固定连接有固定板(10)，且固定板(10)远离旋转轴(9)的一侧固定连接有卷线滚轮(11)，所述卷线滚轮(11)的外表面套设有与其相适配的推板(12)，且推板(12)一侧的顶部和底部与固定板(10)一侧的顶部和底部之间均固定连接有电动伸缩杆(13)，所述卷线滚轮(11)的外表面缠绕有连接绳(14)，所述连接绳(14)远离卷线滚轮(11)的一端依次贯穿收线箱(5)、安装箱和安装板(4)并延伸至安装板(4)的底部，所述连接绳(14)延伸至安装板(3)底部的一端固定连接有实验球(15)。

2.根据权利要求1所述的一种自由落体重力加速度测量仪，其特征在于：所述安装箱(4)内壁的底部通过安装架转动连接有传动轴(16)，所述传动轴(16)的一端贯穿安装架并延伸至安装架的一侧，所述安装箱(4)内壁底部的一侧通过连接块固定连接有夹紧电机(17)，且夹紧电机(17)输出轴的一端通过联轴器与传动轴(16)延伸至安装架一侧的一端固定连接，传动轴(16)两端的外表面均固定连接有第一皮带轮(18)。

3.根据权利要求1所述的一种自由落体重力加速度测量仪，其特征在于：所述安装板(3)底部的两侧均通过安装架分别转动连接有第一螺纹杆(19)和第二螺纹杆(20)，且第一螺纹杆(19)和第二螺纹杆(20)的外表面均螺纹连接有移动套筒(21)，所述移动套筒(21)外表面通过滑动板与安装板(3)的底部滑动连接，且移动套筒(21)的一端固定连接有半圆形夹紧板(22)，所述半圆形夹紧板(22)内壁的一侧通过缓冲弹簧固定连接有弹性软垫(23)，所述第一螺纹杆(19)和第二螺纹杆(20)的外表面且位于移动套筒(21)的一侧固定连接有第二皮带轮(24)，且第二皮带轮(24)的外表面通过皮带与第一皮带轮(18)的外表面传动连接。

4.根据权利要求1所述的一种自由落体重力加速度测量仪，其特征在于：所述支撑架(2)的一侧固定连接有传动齿板(25)，且支撑架(2)的正面固定连接有刻度尺(26)，所述支撑架(2)的外表面活动连接有移动架(27)，所述移动架(27)内壁的正面和背面之间通过轴承转动连接有转动杆(28)，所述转动杆(28)的一端贯穿移动架(27)并延伸至移动架(27)的正面，所述转动杆(28)位于移动架(27)内部的外表面固定连接有与传动齿板(25)相适配的传动齿轮(29)，所述移动架(27)的正面且位于转动杆(28)的外表面固定连接有卡接装置(30)，且移动架(27)的一侧固定连接有光电检测单元(31)。

5.根据权利要求4所述的一种自由落体重力加速度测量仪，其特征在于：所述卡接装置(30)包括卡接块(301)，所述卡接块(301)的一侧开设有与转动杆(28)相适配的通孔(302)，所述卡接块(301)的内部且位于通孔(302)的顶部和底部均开设有卡接槽(303)，且卡接槽(303)的内部通过卡接弹簧固定连接有T型卡头(304)，所述转动杆(28)位于通孔(302)内部的外表面开设有与T型卡头(304)相适配的卡槽(305)，所述卡接块(301)的一侧通过复位弹簧固定连接有与T型卡头(304)相适配的T型压头(306)。

6.根据权利要求1所述的一种自由落体重力加速度测量仪，其特征在于：所述安装箱(4)内壁底部的另一侧固定连接有中央处理器(32)，且安装箱(4)内壁顶部的一侧固定连接有数字计时器(33)，所述安装箱(4)的正面分别固定安装有显示器(35)、指示灯(36)和控制开关(37)。

7.根据权利要求6所述的一种自由落体重力加速度测量仪，其特征在于：所述控制开关(37)和光电检测单元(31)的输出端均与中央处理器(32)的输入端连接，且中央处理器(32)的输出端分别与显示器(35)、卷扬电机(7)、夹紧电机(17)、电动伸缩杆(13)和指示灯(36)的输入端连接，所述中央处理器(32)与数字计时器(33)实现双向连接，且数字计时器(33)与实验室计算机(38)实现双向连接。

8.根据权利要求4所述的一种自由落体重力加速度测量仪，其特征在于：所述光电检测单元(31)包括第一光电传感器(311)和第二光电传感器(312)，所述第一光电传感器(311)和第二光电传感器(312)的输出端均与中央处理器(32)的输入端连接。

9.根据权利要求6所述的一种自由落体重力加速度测量仪，其特征在于：所述中央处理器(32)的输入端与电源模块(34)的输出端电性连接，且电源模块(34)的输出端分别与光电检测单元(31)和控制开关(37)的输入端电性连接。