CN208781470U - 一种等离子体实验演示仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种等离子体实验演示仪，属于物理教学仪器领域，解决现在技术中模块化不明显、物理教学演示功能单一的技术问题。具体包括振荡信号源模块(1)、灭弧控制模块(2)、驱动电路模块(3)、音频电源调制模块(4)、过流保护互感模块(5)、信号反馈互感模块(6)、线圈模块(7)、功率放大电路模块(8)、全桥板模块(9)、两极线圈模块(10)、尖端模块(11)、应用演示模块(12)；可实现演示等离子体放电现象的微型化；实现播放多种音频格式输入的音乐电弧；实现隔空点亮荧光灯演示；实现无线充电原理的可视化；采用模块化设计、体积小、功率低，达到了良好的演示效果和安全性保障。

Description

一种等离子体实验演示仪

技术领域

本实用新型涉及物理教学仪器领域，具体涉及一种等离子体实验演示仪。

背景技术

由美籍塞尔维亚裔科学家尼古拉·特斯拉在1891年发明的特斯拉线圈是一种基于共振原理的传统火花隙特斯拉线圈。但这种线圈噪音大、效率低、寿命短、危险性高，不能满足现代物理教学用具的需求。

随着现代电子技术的快速发展，特斯拉研究人员做出了大型特斯拉线圈，可以产生大面积的电弧，具有强烈的视觉冲击。但这种仪器只有在科技馆等少数场合下才能见到，且耗费巨大，危险性较高。

名称为《一种特斯拉线圈放电演示仪》(CN 203931293 U)的实用新型专利文献公开了一种特斯拉线圈放电演示仪，实现了特斯拉线圈放电效果，解决了物理现象具体化问题。但是，该实用新型专利仍存在以下缺陷和不足。演示仪的模块化结构不明显；演示功能单一，只能实现尖端放电现象的演示；没有说明两级线圈的具体参数。

实用新型内容

本实用新型解决上述技术问题所采取的技术方案是一种等离子体实验演示仪，解决现在技术中模块化不明显、物理教学演示功能单一的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种等离子体实验演示仪，包括振荡信号源模块、灭弧控制模块、驱动电路模块、音频电源调制模块、过流保护互感模块、信号反馈互感模块、线圈模块、功率放大电路模块、全桥板模块、两极线圈模块、尖端模块、应用演示模块。其中驱动电路模块输入端与振荡信号源模块、灭弧控制模块、音频电源调制模块、过流保护互感模块、信号反馈互感模块相接，驱动电路模块输出端与功率放大电路模块相接，功率放大电路模块与全桥板模块之间接有线圈模块，全桥板模块输出端与两极线圈模块相接，两级线圈模块输出端与尖端模块相接。

演示模块又包括音频输出模块，无线传电模块，荧光灯光模块。

两级线圈模块又包括初级线圈和次级线圈，初级线圈材质为直径1mm铜线，匝数116匝，铜管的直径6mm，线圈的内径20cm；次级线圈直径0.1mm，高度110mm，匝数600匝。

信号反馈互感模块的线圈烧制比例为1∶1.16匝，包括五个直径25mm铁氧体材质磁环。

音频电源调制模块集成蓝牙、TF卡、FM收音三种音频调制模块。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益技术效果：

1.实现演示尖端放电现象的微型化，体积适中，携带方便。

2.实现播放多种音频格式输入的音乐电弧，音乐质量播放质量高。

3.实现隔空点亮荧光灯演示，现象明显。

4.可以演示无线充电原理，将短距离无线充电现象可视化。

附图说明

图1为本实用新型系统结构示意图；

图2为本实用新型驱动电路模块原理图；

图3为本实用新型功率电路模块原理图；

图4为本实用新型全桥板电路模块原理图；

图5为本实用新型灭弧电路模块原理图；

图6为本实用新型音乐调制模块原理图；

图7为本实用新型点亮荧光灯演示原理图；

图8为本实用新型无线充电演示原理图；

具体实施方式

现结合附图对本实用新型作进一步详细的说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并予以实施。

如图1所示，本实用新型包括：振荡信号源模块1、灭弧控制模块2、驱动电路模块3、音频电源调制模块4、过流保护互感模块5、信号反馈互感模块6、线圈模块7、功率放大电路模块8、全桥板模块9、两极线圈模块10、尖端模块11、应用演示模块12。

根据图1连接好所有电路，固定好所有部件，关闭所有开关，连接接地线和供电线；打开驱动板电源，此时应只有绿色电源灯点亮；调整驱动板上的电位器，调整过流保护阈值；打开灭弧控制器，所述驱动电路上黄色灭弧信号指示灯闪动。接通全桥电源，打开灭弧控制器，由于驱动电路模块输出信号通过功率放大电路模块传递给线圈模块，再经过全桥板模块以及两极线圈最终传送到尖端，从而实现尖端放电。

如图2所示，所述驱动电路将电源转换为高频交流电。桥式电路中电容充电实现电流启动，充电电流到达主槽路使主电容在初级线圈产生振荡；同时这个充电脉冲被电流变压器探测到，当电流变压器上部为正半周时，会有一个上千伏的电压，此时稳压管击穿近似接地；当把电压放到正负5.1V时稳压管截止，负半周同理。

如图3所示，所述功率电路模块在通电时，开关管关闭，没有其他地方能使电流通过，因此电流给两个桥臂电容充电；当开关管打开时，大量的正电荷流向电容的负极，电流的流动经过初级线圈；当另一个开关管打开时，电流从相反的方向流过，因此平滑的直流电就变成了高频振荡的交流电。

如图4所示，所述全桥板电路模块的功率管呈对角线打开，通过对角线的两个功率管同时开关实现振荡，中间的接线处可以通往初级线圈。进一步地，初级线圈转化为高频磁场，当磁场振荡频率和放电端形成的LC体系的固有频率一致时，发生谐振，此时次级线圈将大量电荷送入放电端，使得放电端电压升的很高，从而形成电弧；

如图5所示，所述灭弧控制模块用来控制仪器的放电，实现电路间歇工作的作用，防止电流过大烧坏开关管。由于回路电流会上升到很大，所以需要在电流升到一定程度就切断电路，以保护开关管。

如图6所示，所述音频电源调制模块用于调制不同种类的音频格式，其中音频电路板集成蓝牙、TF卡、FM收音，可实现不同形式的音频输入播放。尖端电弧则根据音频信号进行灭弧，周边的等离子体随着电弧的大小而改变，使得周边的空气跟随等离子体有节奏的振动，从而产生有节奏的音乐。

如图7所示，所述荧光灯管模块正常发光需要在镇流器的高压下，灯丝受热发射电子撞击管内气体，使管内气体电离，水银蒸汽电离发出紫外线，激发管壁荧光粉发出可见光。将荧光灯管靠近线圈，可以看到灯管被点亮，这是由于次级线圈的超强电场，使得灯管内氩气及水银蒸汽被强电场直接电离，从而使灯管在不接电源的情况下，实现隔空点亮。

如图8所示，所述无线输电模块以电容和电感构成，在靠近特斯拉线圈时，由于电路中存在电流，从而RC谐振电路实现了电能的无线传输。因此可以看到模块上LED灯被点亮。

以上示意性地对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种等离子体实验演示仪，其特征在于，包括振荡信号源模块(1)、灭弧控制模块(2)、驱动电路模块(3)、音频电源调制模块(4)、过流保护互感模块(5)、信号反馈互感模块(6)、线圈模块(7)、功率放大电路模块(8)、全桥板模块(9)、两极线圈模块(10)、尖端模块(11)、应用演示模块(12)；其中驱动电路模块输入端与振荡信号源模块、灭弧控制模块、音频电源调制模块、过流保护互感模块、信号反馈互感模块相接，驱动电路模块输出端与功率放大电路模块相接，功率放大电路模块与全桥板模块之间接有线圈模块，全桥板模块输出端与两极线圈模块相接，两级线圈模块输出端与尖端模块相接。

2.如权利要求1所述的一种等离子体实验演示仪，其特征在于，应用演示模块包括音频输出模块，无线传电模块，荧光灯管模块，音频模块输入端与驱动电路模块相接，尖端模块的信号输出至无线传电模块和荧光灯管模块。

3.如权利要求1所述的一种等离子体实验演示仪，其特征在于，两级线圈模块包括初级线圈和次级线圈，初级线圈材质为直径1mm铜线，匝数116匝，铜管的直径6mm，线圈的内径20cm；次级线圈直径0.1mm，高度110mm，匝数600匝。

4.如权利要求1所述的一种等离子体实验演示仪，其特征在于，信号反馈互感模块的线圈烧制比例为1∶1.16匝，包括五个直径25mm铁氧体材质磁环。

5.如权利要求1所述的一种等离子体实验演示仪，其特征在于，音频电源调制模块集成蓝牙、TF卡、FM收音三种音频模块。