CN1182497C - 一种受迫振动演示实验仪 - Google Patents
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Abstract
一种受迫振动演示实验仪，属物理实验仪器领域。本演示仪由基座框架(1)和(2)、位移传感器(3)、弹簧振子(弹簧4和质量块5)、策动力装置(6)四部分组成。弹簧振子上端连接位移传感器下端连系策动力装置。位移传感器由压电陶瓷片制成，其特点是其两极间的电压与它所受的拉力成正比，而弹簧的拉力正比于振子质量的位移。振子质量由软铁空腔制成(见图3)，内有永磁体。磁轭铁舌以滑配状态插入固定于基座上的绕着策动力激励线圈的绝缘筒内，当线圈通以交变电流时，线圈所受安培力的反作用力将是激励弹簧振子振动的策动力，策动力信号可用与线圈相串联的电阻上的电压来表示。本实验仪选用两种传感器提取信号，构思巧妙，结构简单，反映的物理原理深刻，实验效果良好。
Description
技术领域：
本发明专利涉及演示受迫振动的实验仪，属大学物理教学实验仪器领域。
背景技术：
弹簧振子受迫振动的物理图象的建立，是大学物理课的基本要求之一。要建立这一物理图象就必须了解振子受迫振动的振动波形的大小及其相对位置随策动力频率的变化规律，前者被称为幅频特性，后者被称为相频特性。大学物理的教学要求需要有相应的物理演示实验。但国内外大学物理教学参考书及相关教学研究文献中尚未见到与这种演示实验相关的报道。
发明内容：
本发明专利的目的是提供一种演示受迫振动的实验仪，用以演示策动力作用下弹簧振子振动的幅频特性和相频特性。如图1所示，本发明受迫振动演示实验仪主要由基座1和框架2、位移传感器3、弹簧振子(弹簧4和质量块5)、策动力装置6四部分组成。位移传感器3安置在框架2上，所说的位移传感器与弹簧4相连，弹簧4的下端与质量块5相连，质量块5为一由软铁制成的圆形筒(见图3)，内装有磁轭铁舌14，在磁轭铁舌14上装有永磁体13。永磁体13的磁力线通过磁轭铁舌14、圆铁筒15及底部气隙17形成一个闭合回路。策动力装置6由绝缘筒21、线圈22和阻尼筒23组成，绝缘筒21可以通过气隙17伸入质量块5的圆铁筒15内，并安置在框架底板1上，绝缘筒21和阻尼筒23的等高侧壁各开有一圆孔，可以通过调节两孔的相对位置来调节阻尼力。位移传感器3为一压电陶瓷片12，所说的压电陶瓷片(12)被安装在固定筒10内，固定筒10安装在框架2上。压电陶瓷片12的下端面与弹簧4相连，上端面有引线引出。实验时，先调节策动力装置下部阻尼筒圆孔的位置，以设置一定的阻尼，再将策动力装置上的线圈接到函数信号发生器的输出端，将位移传感器的输出信号和与策动力装置上的线圈相串联的电阻上的电压信号分别接入一双踪示波器的两通道，调节示波器使波形大小和位置适当，改变函数信号发生器的频率同时观测示波器荧光屏上显示的两波形相对大小及相对位置的变化，即可得到弹簧振子受迫振动的幅频特性和相频特性。本实验仪选用两种传感器提取信号，构思巧妙，结构简单，反映的物理原理深刻，实验效果良好。
附图说明：
图1为受迫振动演示仪结构的示意图；
图2为位移传感器结构的示意图；
图3为振子质量块结构的示意图；
图4为策动力装置结构的示意图。
具体实施方式：
参照附图说明实施例如下。如图1所示，本受迫振动演示实验仪主要由基座框架1和2、位移传感器3、弹簧振子即弹簧4和质量块5、策动力装置6四部分组成。弹簧振子的弹簧4的上端接到位移传感器3上，质量块5的下端连系策动力装置。位移传感器3由镶嵌于固定筒10的压电陶瓷片12组成，结构见图2，压电陶瓷片12，直径φ35mm，厚约0.50mm，基频约为1200Hz.；固定筒10为硬铝或黄铜材料制成，外径可取为φ50mm；压电陶瓷片12被镶嵌在其中间，四周与固定筒10紧固连接且作为一个电极(接地电极)。压电陶瓷片12的另一个电极面(镀银面)接输出电缆芯线11。在压电陶瓷片的铜电极面(接地电极)的中心点粘接或焊接振子弹簧4。固定筒10的上方与框架2紧固连接。振子弹簧4可为一硬金属丝粗线弹簧，为的是它的倔强系数较大而使振子的频率较高，便于示波器观测，甚至可用一段粗导线亦可，例如：可用φ2mm×300mm的一段铜线。振子质量块5的主体为圆形筒15，在圆形筒15内部的上方安装一圆柱形永磁体13，永磁体13的下端连接圆柱形软铁轭铁舌14。圆形筒15的尺寸：φ48mm×62mm。永磁体尺寸：φ20mm×10mm。轭铁舌14的尺寸：φ12mm×40mm。策动力装置的结构如图4所示，绝缘筒21固定于底板1上，绝缘筒21的内径要与轭铁舌14相匹配(滑配合)，绝缘筒21的上端以φ0.3mm漆包线密绕30-50匝构成激励线圈22，绝缘筒21的下部要套上可以绕绝缘筒21滑配转动的阻尼筒23。阻尼筒23与绝缘筒21有一个可重合的侧通孔20(见图4所示)，直径为φ10mm，转动阻尼筒23可调节两通孔20的重合程度以实现对振动阻尼的调节。关于振动信号的取出：因位移传感器输出电缆插头的输出电压与加于压电陶瓷片12的拉力成正比，此拉力为弹簧的拉力，与弹簧的伸长成正比，弹簧的伸长即可表示振子质量块5的位移，因此这也就是弹簧振子对策动力的响应信号；将激励线圈串联一个小电阻R(图中未画出)，R上的电压即可表示策动力信号。将这两路信号同时输入双踪示波器的两通道，便可从示波器荧光屏上观测振子对策动力响应的幅频特性和相频特性。另外，总装配时还要注意：激励线圈及阻尼器中的绝缘筒21(见图4所示)内外径的控制要严格把握，实现它内与轭铁舌14(见图3所示)滑配合，外与阻尼筒23(见图4所示)滑配合。轭铁磁路气隙17(见图3所示)要处于激励线圈22(见图4所示)的中间。
Claims (1)
1、一种受迫振动演示实验仪，其特征是由基座(1)和框架(2)、位移传感器(3)、由弹簧(4)和质量块(5)组成的弹簧振子、策动力装置(6)四部分组成，位移传感器(3)安置在框架(2)上，所说的位移传感器与弹簧(4)相连，质量块(5)为一由软铁制成的圆形筒，内装有磁轭铁舌(14)，在磁轭铁舌(14)上装有永磁体(13)，永磁体(13)的磁力线通过磁轭铁舌(14)及圆铁筒(15)及底部气隙(17)形成一个闭合回路，策动力装置(6)由绝缘筒(21)、线圈(22)和阻尼筒(23)组成，绝缘筒(21)可以通过气隙(17)伸入质量块(5)的圆铁筒(15)内，并安置在框架底板(1)上，绝缘筒(21)和阻尼筒(23)的等高侧壁各开有一圆孔，可以调两孔的相对位置来调节阻尼力，位移传感器(3)为一压电陶瓷片(12)，所说的压电陶瓷片(12)被安装在固定筒(10)内，固定筒(10)安装在框架(2)上，压电陶瓷片(12)下端面与弹簧(4)相连，上端面有引线引出。
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