CN212460932U - 一种波动叠加演示仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种波动叠加演示仪，其包括波动信号生成电路、信号合成电路、调相电路和三路信号输出接口；定义三路信号输出接口分别为第一输出接口、第二输出接口以及第三输出接口；波动信号生成电路的信号输出端分别连接至第一输出接口、信号合成电路的一个信号输入端和调相电路的信号输入端；调相电路的信号输出端分别连接至信号合成电路的另一个信号输入端和第二输出接口；信号合成电路的信号输出端连接至第三输出接口。本实用新型能够很好地演示两列波的叠加过程，即通过将两路波动信号以及波动叠加之后的信号波形在示波器上分别显示，便于直观地演示两列波叠加前、叠加过程以及叠加后的结果。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种物理实验装置，尤其涉及一种波动叠加演示仪。
背景技术
波动是一种常见的物质运动形式，诸如机械波、电磁波、光波等都属于波动。
它们虽然在本质上并不相同，但都具有波动的共同特征，即都具有一定的传播速度，且都伴随着能量的传播，都能产生干涉和衍射等现象，而且有相似的数学表达形式。
驻波是一种特殊的机械波，由振幅、频率和传播速度都相同的两列相干波，在同一直线上沿相反方向传播时叠加而成的一种特殊的干涉现象。
专利文献1公开了一种双振源型驻波仪，该驻波仪能够演示驻波形成的过程，其原理是利用两个相同的电动机通过手持方式进行演示。该驻波仪存在如下缺陷：
仪器简陋且演示时间不持久，依靠人为移动产生驻波形成过程，可重复性较差；由于结构设计缺陷，当观察者的视线位于电动机转轴的同一平面时将不能观测到驻波现象。
对比文献：
专利文献1：公开号为：CN109671336A，公开日期：2019年04月23日。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提出一种波动叠加演示仪，能够很好地演示两列波的叠加过程。
本实用新型为了实现上述目的，采用如下技术方案：
一种波动叠加演示仪，包括：
波动信号生成电路、信号合成电路、调相电路以及三路信号输出接口；定义三路信号输出接口分别为第一输出接口、第二输出接口以及第三输出接口；
波动信号生成电路的信号输出端分别连接至第一输出接口、信号合成电路的一个信号输入端以及调相电路的信号输入端；
调相电路的信号输出端分别连接至信号合成电路的另一个信号输入端和第二输出接口；
信号合成电路的信号输出端连接至第三输出接口。
优选地，波动叠加演示仪还包括示波器；
第一输出接口、第二输出接口以及第三输出接口分别通过信号线缆连接至示波器。
优选地，波动信号生成电路包括正弦波信号生成电路或余弦波信号生成电路。
优选地，信号合成电路为加法器电路。
优选地，调相电路采用可变移相调相电路。
优选地，波动叠加演示仪还包括壳体；
其中，波动信号生成电路、信号合成电路以及调相电路均位于壳体内；
在壳体上对应三路信号输出接口的位置分别设置一个通孔。
优选地，调相电路配置有调相旋钮；
在壳体上对应调相旋钮的位置还设置一个旋钮孔，调相旋钮由旋钮孔向外伸出。
优选地，波动叠加演示仪还包括位于壳体内的供电电路；
其中，供电电路通过供电线路与波动信号生成电路、信号合成电路以及调相电路相连。
本实用新型具有如下优点：
如上所述，本实用新型提出了一种波动叠加演示仪，该演示仪能够很好地演示两列波的叠加过程，即通过将两路波动信号以及波动叠加之后的信号波形在示波器上进行分别显示，便于演示两列波叠加前、叠加过程以及叠加后的结果，让学生对波动叠加原理获得直观认知。
附图说明
图1为本实用新型实施例中波动叠加演示仪的结构示意图。
图2为本实用新型实施例中波动叠加演示仪的电路结构框图。
图3为加法器电路的电路结构框图。
图4为调相电路的电路结构框图。
其中，1-波动信号生成电路，2-信号合成电路，3-调相电路，4-第一输出接口，5-第二输出接口，6-第三输出接口，7-壳体，8、9、10-通孔，11-调相旋钮，12-旋钮孔。
具体实施方式
本实用新型的基本原理为：
物理学中对波动叠加原理的描述是“几列波在相遇区域内任一点的振动，为各列波单独存在时在该点所引起的振动位移的矢量和”。
干涉是波动的一个重要特征，其理论描述是“频率相同、振动方向平行、相位相同或者相位差恒定的两列波相遇时，某些地方振动加强而另外一些地方减弱的现象”。
在开展此部分理论课程授课时，教师大多根据理论设计两列波，以图片或者动画的形式展示其叠加过程和结果，因过于理论化而只能让学生形成抽象的印象，不能获得直观的认知。
另外，现有驻波实验中只能演示驻波形成的结果，而不能演示合成前和合成的过程。
将波动叠加理论进行简化，设有两列波，其振幅、频率均相同，有一定相位差，其表达式分别是：y1＝Acosωt；y2＝Acos(ωt+φ0)；
其中，A为波动的振幅，ω为角频率，φ0为两列波的相位差。
叠加后波动表达式为：
通过叠加后波动表达式可知，叠加后波形的幅度和相位均随φ0的变化而变化。
基于以上技术原理，下面结合附图以及具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：
本实施例述及了一种波动叠加演示仪。如图1和图2所示，该波动叠加演示仪包括波动信号生成电路1、信号合成电路2、调相电路3以及三路信号输出接口。
定义三路信号输出接口分别为第一输出接口4、第二输出接口5以及第三输出接口6。
波动信号生成电路1优选采用正弦波信号生成电路或余弦波信号生成电路。其中，正弦波或余弦波信号生成电路均可以采用已有的正弦波或余弦波信号生成电路。
该波动信号生成电路1的作用在于产生正弦波或余弦波信号。
波动信号生成电路1的信号输出端分别连接至第一输出接口4、信号合成电路2的一个信号输入端以及调相电路3的信号输入端。
调相电路3的信号输出端分别连接至信号合成电路2另一信号输入端和第二输出接口5。
信号合成电路2的信号输出端连接至第三输出接口6。
以波动信号生成电路1生成正弦波信号为例：
波动信号生成电路1产生正弦波，并分为完全相同的三路，一路经过第一输出接口4输出，一路进入信号合成电路2，另外一路经调相电路3后进入信号合成电路2。
调相电路3用于调节其中一路正弦波的相位，并将相位调整后的正弦波输入至信号合成电路2。信号合成电路2对输入的两路正弦波进行合成，得到合成波形。
其中，经调相电路3相位调整之后的正弦波由第二输出接口5输出，而经信号合成电路2合成后的波形则由第三输出接口6输出。
此外，波动叠加演示仪还包括示波器(未示出)。
第一输出接口4、第二输出接口5以及第三输出接口6分别通过信号线缆连接至示波器。
本实施例中的波动叠加演示仪通过将两路正弦波信号以及合成信号分别输出，并外接至示波器，便于实时观察合成信号随输入信号相位差变化的过程。
本实用新型无需手持进行波动叠加演示，减少了人为参与过程，演示时间持久，且保证了实验的可重复性；此外，本实用新型也能够保证实验中稳定的观测到驻波现象。
信号合成电路2优选采用加法器电路。
其中，加法器电路为已知电路，图3示出了一种常见的加法器电路结构，其中，Vi1和Vi2为加法器电路的两路输入信号，Vo为加法器电路的输出信号，R1-R4为外部电阻。
调相电路3也可采用成熟的调相电路，例如可变移相调相电路。其中，常见的可变移相调相电路如图4所示，由图4可知，该电路是由变容二极管和电感组成的调谐回路。
其中，uc(t)为载波信号，uΩ(t)是输入信号，C1-C4为电容，R1-R4为电阻，L为电感，Cj为可变容二极管，u(t)为输出信号，通过改变载波信号uc(t)实现对输入信号的调相。
需要说明的是，以上波动信号生成电路1、信号合成电路2以及调相电路3的具体结构仅仅为示例性的，目的是为了方便说明本实用新型。
当然，本实用新型也可以采用其他已有的且容易想到的波动信号生成电路1、信号合成电路2以及调相电路3的具体结构，本实用新型并不作具体限制。
本实用新型通过将波动信号生成电路1、信号合成电路2以及调相电路3进行组合，同时配合示波器显示，能够较好地演示两列波叠加前、叠加过程以及叠加后的结果。
如图1所示，本实施例中的波动叠加演示仪还包括壳体7。
其中，波动信号生成电路1、信号合成电路2以及调相电路3均位于壳体7内。在壳体7上对应三路信号输出接口的位置分别设置一个通孔，即通孔8、9、10。
调相电路3配置有调相旋钮11，用于实现对输入到调相电路内信号相位的调整。调相旋钮11，以及调相电路3与调相旋钮11的连接关系也均为已知结构，此处不再赘述。
在壳体7上对应调相旋钮11的位置还设置一个旋钮孔12，调相旋钮由旋钮孔向外伸出。
此外，波动叠加演示仪还包括位于壳体7内的供电电路(未示出)。其中，供电电路通过供电线路与波动信号生成电路1、信号合成电路2以及调相电路3相连。
供电电路用于向波动信号生成电路1、信号合成电路2以及调相电路3进行供电。
本实施例中波动叠加演示仪的操作过程如下：
演示仪通电，将三路信号输出接口分别连接到三通道示波器上，调节调相旋钮11，在示波器上可以直观地演示叠加之前的两路波动信号以及叠加之后的信号。
本实用新型不仅能够演示驻波形成的结果，还能演示合成前的波形以及合成的过程。
当然，以上说明仅仅为本实用新型的较佳实施例，本实用新型并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本实用新型的保护。
Claims (7)
1.一种波动叠加演示仪，其特征在于，包括：
波动信号生成电路、信号合成电路、调相电路以及三路信号输出接口；定义三路信号输出接口分别为第一输出接口、第二输出接口以及第三输出接口；
所述波动信号生成电路的信号输出端分别连接至第一输出接口、信号合成电路的一个信号输入端以及调相电路的信号输入端；
调相电路的信号输出端分别连接至信号合成电路的另一个信号输入端和第二输出接口；
所述信号合成电路的信号输出端连接至第三输出接口；
所述波动叠加演示仪还包括示波器；
第一输出接口、第二输出接口以及第三输出接口分别通过信号线缆连接至示波器。
2.根据权利要求1所述的波动叠加演示仪，其特征在于，
所述波动信号生成电路包括正弦波信号生成电路或余弦波信号生成电路。
3.根据权利要求1所述的波动叠加演示仪，其特征在于，
所述信号合成电路为加法器电路。
4.根据权利要求1所述的波动叠加演示仪，其特征在于，
所述调相电路采用可变移相调相电路。
5.根据权利要求1至4任一项所述的波动叠加演示仪，其特征在于，
所述波动叠加演示仪还包括壳体；
其中，所述波动信号生成电路、信号合成电路以及调相电路均位于所述壳体内；
所述壳体上对应三路信号输出接口的位置分别设置一个通孔。
6.根据权利要求5所述的波动叠加演示仪，其特征在于，
所述调相电路配置有调相旋钮；
在壳体上对应调相旋钮的位置设置一个旋钮孔，调相旋钮由所述旋钮孔向外伸出。
7.根据权利要求5所述的波动叠加演示仪，其特征在于，
所述波动叠加演示仪还包括位于壳体内的供电电路；
其中，供电电路通过供电线路与波动信号生成电路、信号合成电路以及调相电路相连。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202021533692.3U CN212460932U (zh) | 2020-07-29 | 2020-07-29 | 一种波动叠加演示仪 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202021533692.3U CN212460932U (zh) | 2020-07-29 | 2020-07-29 | 一种波动叠加演示仪 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN212460932U true CN212460932U (zh) | 2021-02-02 |
Family
ID=74476256
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202021533692.3U Active CN212460932U (zh) | 2020-07-29 | 2020-07-29 | 一种波动叠加演示仪 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN212460932U (zh) |
-
2020
- 2020-07-29 CN CN202021533692.3U patent/CN212460932U/zh active Active
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