CN212570139U - 一种光通信演示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光通信领域，具体是涉及一种光通信演示装置。演示装置包括底座，设置在底座上的第一支架结构和第二支架结构，与第一支架结构相连接的第一固件，与第二支架结构相连接的第二固件；两个固件分别用于放置通讯实验仪的发射端和接收端，通讯实验仪通过发射端向接收端发送光信号，两个固件的相对位置可调。通讯实验仪通过发射端向接收端发送光信号，当发射端和接收端处于对准状态时，接收端能够接收到光信号；当发射端和接收端处于偏移状态时，接收端接收不到光信号。通过上述对比实验，本实用新型的演示装置能够让学生获知光信号在空气中是沿直线传播的。

Description

一种光通信演示装置

技术领域

本实用新型涉及光通信领域，具体是涉及一种光通信演示装置。

背景技术

光的全反射是指光由光密介质(即光在此介质中的折射率大的)射到光疏介质(即光在此介质中折射率小的)的界面时，全部被反射回原介质内的现象。光导纤维利用的就是全反射的道理。光导纤维内部为光密介质，光导纤维的外壁为橡胶这类光疏介质，保证在光导纤维中传输的光线不会泄漏到光导纤维外，以此使得光线可以从光导纤维的一端传导到另一端。

由于光在光导纤维的传导损耗比电在电线传导的损耗低得多，光纤被用作长距离的信息传递。光纤在通讯领域、传感技术及其他信号传输技术中显示了越来越广泛的用途，也显示了其越来越重要的地位。

在大学物理课堂教学中，教师在讲解光通信知识时，只进行理论的讲解，没有相应的演示装置让学生观察与分析，导致学生难以理解光通信知识。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种光通信演示装置，方便教师演示光通信的知识，以便学生直观的理解光通信知识。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种光通信演示装置，演示装置包括底座，设置在底座上的第一支架结构和第二支架结构，与第一支架结构相连接的第一固件，与第二支架结构相连接的第二固件；两个固件分别用于放置通讯实验仪的发射端和接收端，通讯实验仪通过发射端向接收端发送光信号，两个固件的相对位置可调。

进一步，所述第一支架结构包括与底座构成万向转动配合的主支杆，与主支杆构成俯仰转动配合的副支杆；所述第一固件与副支杆相连接。

进一步，所述主支杆包括与底座构成万向转动配合的主杆体，位于主杆体上部的第二套装部；所述副支杆包括与第一固件构成万向转动配合的副杆体，位于副杆体下部的第三套装部；所述第一支架结构还包括连接件，所述第二套装部、第三套装部分别与连接件构成孔轴配合。

进一步优选的，所述主支杆还包括沿主杆体轴向设置的第一推杆，位于第一推杆下方且卡设于主杆体内部的第一球形座，连接在第一推杆的下部与第一球形座的上部之间的第一弹簧，所述第一推杆的上部与连接件的外壁相互挤压；所述底座包括第一球形体，所述第一球形体与第一球形座构成球形铰接配合。

进一步优选的，所述副支杆还包括沿副杆体轴向设置的第二推杆，位于第二推杆上方且卡设于副杆体内部的第二球形座，连接在第二推杆的上部和第二球形座的下部之间的第二弹簧，所述第二推杆的下部与连接件的外壁相互挤压；所述第一固件包括用于插设通讯实验仪的发射端的插筒结构和用于固定插筒结构的夹紧部，所述夹紧部上连接有第二球形体，所述第二球形体与第二球形座构成球形铰接配合。

进一步优选的，所述连接件包括连杆，固定在连杆的一端且延伸至第三套装部内部的头部，套设在连杆的外部且延伸至第二套装部内部的第一套筒，位于第一套筒的一侧且与连杆的另一端构成螺纹配合的紧固端头；

所述连杆上还套设有第二套筒，且第二套筒位于第三套装部与第二套装部之间，第二套筒与两个套装部之间构成磁力配合，用于固定调整俯仰方向之后的副支杆的位置；

所述第一推杆的底部与头部的外壁上均设置有相互配合的倒角，所述第一推杆的顶部与第一套筒的外壁上也均设置有相互配合的倒角，用于在拧紧紧固端头的过程中防止连杆转动。

进一步优选的，所述插筒结构包括主插筒，端部位于主插筒的内部且与主插筒同轴设置的副插筒；所述夹紧部用于固定住副插筒；所述主插筒用于固定发射端；

所述演示装置还包括光纤，所述副插筒用于固定光纤的一端；所述第二固件为筒状，筒状的第二固件的一端用于固定光纤的另一端，筒状的第二固件的另一端用于固定接收端。

进一步，所述第二支架结构包括可沿底座的长度方向移动的支架主体，所述第二固件位于支架主体的上部。

进一步，所述底座还包括底板和位于底板上端且沿底板长度方向设置的导轨；

所述第二支架结构还包括与支架主体相连接且滑动设置在导轨上的滑块，所述支架主体通过滑块可沿导轨的长度方向移动；

所述底座还包括与底板的端部以及导轨的端部固定连接的固定块，所述固定块的上部沿竖直方向固定设置有支柱，所述第一球形体固定在支柱的顶部。

进一步，所述演示装置还包括收音机和声强计，所述收音机的音频输出端与通讯实验仪的音频输入端相连接，所述声强计用于采集接收端接收到的光信号转化为声音信号的强度。

本实用新型的有益效果如下：

(1)调整两个固件之间的相对位置，以使分别位于两个固件内部的发射端和接收端呈现对准、偏移的状态，发射端和接收端对准，即发射端所在的直线与接收端所在的直线为同一条直线。

通讯实验仪通过发射端向接收端发送光信号，当发射端和接收端处于对准状态时，接收端能够接收到光信号；当发射端和接收端处于偏移状态时，接收端接收不到光信号。通过上述对比实验，本实用新型的演示装置能够让学生获知光信号在空气中是沿直线传播的。

(2)通过调整两个支架结构的相对位置以调整位于两个支架结构上的发射端和接收端的相对位置，无论发射端和接收端的相对位置如何调整，只要在发射端和接收端之间连接作为信道的光纤，接收端都能够接收到发射端发送的光信号。因此，本实用新型的演示装置能够让学生获知光信号可在光纤中传播。

(3)保持发射端和接收端之间的距离不变，分别让发射端和接收端之间的光信号在空气和光纤中传播，通讯实验仪将接收端将接收到的光信号转换为声音信号，通过声强计采集声音信号的强度，并对声音信号的强度进行比较。因此，本实用新型的演示装置能够让学生获知光信号在光纤中的衰减小于在空气中的衰减。

(4)本实用新型的副支杆和主支杆构成俯仰转动配合，以此调整位于副支杆顶部的发射端的高度，进而调整发射端与接收端之间的高度差，最终实现调整发射端与接收端之间的相对位置。

本实用新型通过设置能够水平转动的第一套装部和万向转动的第四套装部，以此调整发射端和接收端之间的相对角度，最终实现调整发射端和接收端之间的相对位置。

上述两种调整方式相互配合，能够更好的调整发射端和接收端的相对位置，使得学生获知发射端与接收端之间的相对位置不同对光信号在空气中的传播有影响，而对光信号在光纤中的传播没有影响。

(5)本实用新型的收音机作为信号源，将收音机与通讯实验仪之间通过导线连接之后，此时收音机的外放音响不再发出声音。收音机将声音传送给通讯实验仪，通讯实验仪将声音信号转换为电信号，发射端又将电信号转换为光信号，接收端接收到光信号之后并将光信号转换为电信号传送至通讯实验仪，通讯实验仪再将电信号转换为声音信号。因此，本实用新型将收音机作为信号源，能够让学生直观的获知光信号传播所需要的条件。

(6)发射端包括发光二极管、红外管和激光管，光纤的截面尺寸小于任一个发射端的截面尺寸。因此，本实用新型的主插筒的内直径大于副插筒的内直径，能够使得主插筒更好的固定住位于主插筒内部的发射端，副插筒更好的固定住位于主插筒内部的光纤。

本实用新型的主插筒允许插入三种发射端，扩大了实验演示所使用的光源的范围。

(7)在转动第一固件、副杆体、主杆体的过程中，在推杆的作用下，弹簧始终处于压缩状态，以此使得球形座与球形体紧密接触，进而固定住转动之后第一固件和主杆体的位置。

另外，设置的第二套筒与两个套装部之间有磁力作用，也能够通过固定住转动之后的套装部的位置，以固定分别与两个套装部相连接的副杆体、主杆体的位置。

附图说明

图1为本实用新型的演示装置的整体结构图；

图2为本实用新型的主插筒和副插筒以及夹框之间的连接示意图；

图3为本实用新型的连接件、副杆体、主杆体之间的连接示意图；

图4为本实用新型的连接件、副杆体、主杆体的剖面图；

图5为本实用新型的演示装置的使用状态图。

图中标注符号的含义如下：

1-底座 11-底板 12-导轨 13-垫板 14-固定块 15-支柱 16-第一球形体

2-第一支架结构 23-主支杆 231-主杆体 232-第一套装部

233-第二套装部 234-第一推杆 235-第一弹簧 236-第一球形座

24-连接件 241-头部 242-第一套筒 243-紧固端头 244-连杆

25-副支杆 251-副杆体 252-第三套装部 253-第四套装部

254-第二推杆 255-第二弹簧 256-第二球形座 26-第二套筒

3-第二支架结构 31-滑块 32-连接板 33-支架主体

41-通讯实验仪 42-发射导线 43-接收导线 44-光纤

45-收音机 5-第一固件 51-主插筒 52-副插筒 53-夹框 54-螺杆

55-第二球形体 6-第二固件

具体实施方式

以下结合实施例和说明书附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

一种光通信演示装置，演示装置包括底座1，设置在底座1上的第一支架结构2、第二支架结构3，与第一支架结构2相连接的第一固件5，与第二支架结构3相连接的第二固件6，用于发送信号和接收信号的通讯实验仪41，作为信号源的收音机45。下面分别对其进行介绍：

如图1所示，底座1包括底板11和位于底板11上端且沿底板11长度方向设置的导轨12以及位于底板11下方的两个垫板13，以及固定在其中一个垫板13上的固定块14，位于固定块14上端中间位置的支柱15，支柱15的顶部固定有第一球形体16。

如图1所示，第一支架结构2包括主支杆23，与主支杆23交错设置且位于主支杆23上方的副支杆25，用于使主支杆23和副支杆25构成俯仰转动的连接件24，其中副支杆25可以围绕连接件24转动。

如图4所示，沿主杆体231轴向设置有第一推杆234，位于第一推杆234下方且卡设于主杆体231内部的第一球形座236，连接在第一推杆234的下部与第一球形座236的上部之间的第一弹簧235，第一推杆234的上部与连接件24的外壁相互挤压。第一球形体16与第一球形座236构成球形铰接配合，以此使得主杆体231能够相对底座1做万向转动。主杆体231的底部套设有弹性的第一套装部232，第一套装部232从主杆体231的杆身延伸至第一球形体16的外部。第一套装部232和主杆体231上均设置有卡槽，支柱15的横向截面直径小于卡槽的槽宽，可以增大主杆体231的转动角度。

如图2所示，第一固件5包括主插筒51和端部位于主插筒51内部的副插筒52，用于固定住副插筒52的夹紧部。主插筒51的内径大于副插筒52的内径，如图2所示，夹紧部包括与第四套装部253相连接的U型的夹框53，穿过夹框53的螺杆54；螺杆54的底部与夹框53的其中一个边部固定连接，螺杆54上套设有螺母，且螺母位于夹框53的外部。夹框53为弹性件，通过拧动螺母，可以调节夹框53的两个边部之间的距离，以此使得夹框53夹紧副插筒52，进而固定住副插筒52。U型的夹框53的底部连接有侧杆，侧杆的端部固定有第二球形体55。

如图4所示，副支杆25还包括沿副杆体251轴向设置的第二推杆254，位于第二推杆254上方且卡设于副杆体251内部的第二球形座256，连接在第二推杆254的上部和第二球形座256的下部之间的第二弹簧255，第二推杆254的下部与连接件24的外壁相互挤压；第一固件5包括用于插设通讯实验仪41的发射端的插筒结构和用于固定插筒结构的夹紧部，夹紧部上连接有第二球形体55，第二球形体55与第二球形座256构成球形铰接配合，以此使得第一固件5与副杆体251构成万向转动配合。副杆体251的顶部套设有弹性的第四套装部253，第四套装部253从副杆体251的杆身延伸至第二球形体55的外部。副杆体251和第四套装部253上均开设有卡槽，侧杆位于卡槽内，可以增大第一固件5的转动角度，以此增大固定在第一固件5内部的发射端的转动角度。

连接件24包括连杆244，固定在连杆244的一端且延伸至第三套装部252内部的头部241，套设在连杆244的外部且延伸至第二套装部233内部的第一套筒242，位于第一套筒242的一侧且与连杆244的另一端构成螺纹配合的紧固端头243；

连杆244上还套设有第二套筒26，且第二套筒26位于第三套装部252与第二套装部233之间，第二套筒26与两个套装部之间构成磁力配合，用于固定调整俯仰方向之后的副支杆25的位置；

第一推杆234的底部与头部241的外壁上均设置有相互配合的倒角，第一推杆234的顶部与第一套筒242的外壁上也均设置有相互配合的倒角，用于在拧紧紧固端头243的过程中防止连杆244转动。

副支杆25和主支杆23构成俯仰转动配合。当转动副支杆25，位于副支杆25上部的第一固件5相对第二固件6的高度发生变化，即位于第一固件5内部的发射端和位于第二固件6内部的接收端的高度发生变化。

如图1所示，第二支架结构3包括从下至上依次设置的滑块31、与滑块31可拆卸连接的连接板32、竖直方向设置且固定在连接板32中心的支架主体33。滑块31可沿导轨12移动，在滑块31的前端面中间位置处设置有指示线，在底板11的前端面设置有刻度线。第二固件6位于支架主体33的上部，本实施例中，第二固件6也是插筒，接收端位于本插筒内。通过调整第一支架结构2，可使放置接收端的插筒与放置发射端的插筒对准。

通讯实验仪41的信号发送端口连接有发射导线42，通讯实验仪41的信号接收端口连接有接收导线43。在发射导线42的端部连接有发射端，在接收导线43的尾部连接有接收端，本实施例中，发射端为发光二极管，可以为红外管和激光管，主插筒51的内径较大，这三种发射端都可以插入到主插筒51，接收端为光敏二极管。

使用本实用新型的演示装置做实验，包括演示光信号在空气中是沿直线传播的，光信号可在光纤44中传播，光信号在光纤44中的衰减小于在空气中的衰减。具体演示步骤如下：

将发光二极管插入到主插筒51中，光敏二极管插入到第二固件6的插筒内，调整第一支架结构2，如图5所示，使得发光二极管和光敏二极管位于同一条直线上，即对准发光二极管和光敏二极管。之后开启收音机45，本实施的收音机45在用导线插入通讯实验仪41上的音频信号输入端时没有外放音响，只能通过通讯实验仪41才能听到收音机45发出的声音。收音机45将声音传送给通讯实验仪41，通讯实验仪41将声音信号转换为电信号，发光二极管又将电信号转换为光信号，光敏二极管接收到发光二极管发出的光信号并将光信号转换为电信号传送至通讯实验仪41，通讯实验仪41再将电信号转换为声音信号，此时通讯实验仪41发出声音，并通过声强计记录声音的强度A。当调整第一支架结构2，使得发光二极管和光敏二极管发生偏移，此时通讯实验仪41不再发出声音，通过上述对比实验，学生可以获知光信号在空气中是沿直线传播的。

将光纤44的两端分别插入两个插筒内，拧紧插筒上的螺钉，使得光纤44固定在插筒内，且光纤44的两端分别与发光二极管和光敏二极管相接触。开启收音机45，此时无论怎样调整发光二极管和光敏二极管的相对位置，通讯实验仪41都能发出声音，记录此时的声音强度为B。通过上述实验，学生可以获知光信号可以在光纤44中传播。

对声音强度B和记录声音强度A进行比较，可以获知光信号在光纤44中的衰减小于在空气中的衰减。

Claims (10)

1.一种光通信演示装置，其特征在于：演示装置包括底座(1)，设置在底座(1)上的第一支架结构(2)和第二支架结构(3)，与第一支架结构(2)相连接的第一固件(5)，与第二支架结构(3)相连接的第二固件(6)；两个固件分别用于放置通讯实验仪(41)的发射端和接收端，通讯实验仪(41)通过发射端向接收端发送光信号，两个固件的相对位置可调。

2.如权利要求1所述的光通信演示装置，其特征在于：所述第一支架结构(2)包括与底座(1)构成万向转动配合的主支杆(23)，与主支杆(23)构成俯仰转动配合的副支杆(25)；所述第一固件(5)与副支杆(25)相连接。

3.如权利要求2所述的光通信演示装置，其特征在于：所述主支杆(23)包括与底座(1)构成万向转动配合的主杆体(231)，位于主杆体(231)上部的第二套装部(233)；所述副支杆(25)包括与第一固件(5)构成万向转动配合的副杆体(251)，位于副杆体(251)下部的第三套装部(252)；所述第一支架结构(2)还包括连接件(24)，所述第二套装部(233)、第三套装部(252)分别与连接件(24)构成孔轴配合。

4.如权利要求3所述的光通信演示装置，其特征在于：所述主支杆(23)还包括沿主杆体(231)轴向设置的第一推杆(234)，位于第一推杆(234)下方且卡设于主杆体(231)内部的第一球形座(236)，连接在第一推杆(234)的下部与第一球形座(236)的上部之间的第一弹簧(235)，所述第一推杆(234)的上部与连接件(24)的外壁相互挤压；所述底座(1)包括第一球形体(16)，所述第一球形体(16)与第一球形座(236)构成球形铰接配合。

5.如权利要求4所述的光通信演示装置，其特征在于：所述副支杆(25)还包括沿副杆体(251)轴向设置的第二推杆(254)，位于第二推杆(254)上方且卡设于副杆体(251)内部的第二球形座(256)，连接在第二推杆(254)的上部和第二球形座(256)的下部之间的第二弹簧(255)，所述第二推杆(254)的下部与连接件(24)的外壁相互挤压；所述第一固件(5)包括用于插设通讯实验仪(41)的发射端的插筒结构和用于固定插筒结构的夹紧部，所述夹紧部上连接有第二球形体(55)，所述第二球形体(55)与第二球形座(256)构成球形铰接配合。

6.如权利要求5所述的光通信演示装置，其特征在于：所述连接件(24)包括连杆(244)，固定在连杆(244)的一端且延伸至第三套装部(252)内部的头部(241)，套设在连杆(244)的外部且延伸至第二套装部(233)内部的第一套筒(242)，位于第一套筒(242)的一侧且与连杆(244)的另一端构成螺纹配合的紧固端头(243)；

所述连杆(244)上还套设有第二套筒(26)，且第二套筒(26)位于第三套装部(252)与第二套装部(233)之间，第二套筒(26)与两个套装部之间构成磁力配合，用于固定调整俯仰方向之后的副支杆(25)的位置；

所述第一推杆(234)的底部与头部(241)的外壁上均设置有相互配合的倒角，所述第一推杆(234)的顶部与第一套筒(242)的外壁上也均设置有相互配合的倒角，用于在拧紧紧固端头(243)的过程中防止连杆(244)转动。

7.如权利要求5所述的光通信演示装置，其特征在于：所述插筒结构包括主插筒(51)，端部位于主插筒(51)的内部且与主插筒(51)同轴设置的副插筒(52)；所述夹紧部用于固定住副插筒(52)；所述主插筒(51)用于固定发射端；

所述演示装置还包括光纤(44)，所述副插筒(52)用于固定光纤(44)的一端；所述第二固件(6)为筒状，筒状的第二固件(6)的一端用于固定光纤(44)的另一端，筒状的第二固件(6)的另一端用于固定接收端。

8.如权利要求4所述的光通信演示装置，其特征在于：所述第二支架结构(3)包括可沿底座(1)的长度方向移动的支架主体(33)，所述第二固件(6)位于支架主体(33)的上部。

9.如权利要求8所述的光通信演示装置，其特征在于：所述底座(1)还包括底板(11)和位于底板(11)上端且沿底板(11)长度方向设置的导轨(12)；

所述第二支架结构(3)还包括与支架主体(33)相连接且滑动设置在导轨(12)上的滑块(31)，所述支架主体(33)通过滑块(31)可沿导轨(12)的长度方向移动；

所述底座(1)还包括与底板(11)的端部以及导轨(12)的端部固定连接的固定块(14)，所述固定块(14)的上部沿竖直方向固定设置有支柱(15)，所述第一球形体(16)固定在支柱(15)的顶部。

10.如权利要求1～4任一项所述的光通信演示装置，其特征在于：所述演示装置还包括收音机(45)和声强计，所述收音机(45)的音频输出端与通讯实验仪(41)的音频输入端相连接，所述声强计用于采集接收端接收到的光信号转化为声音信号的强度。

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