DE2348653A1

DE2348653A1 - Vorrichtung zur bewegungsmessung

Info

Publication number: DE2348653A1
Application number: DE19732348653
Authority: DE
Inventors: Michel Lefebvre
Original assignee: MATLABO FA
Current assignee: MATLABO FA
Priority date: 1972-09-27
Filing date: 1973-09-27
Publication date: 1974-04-18
Also published as: FR2201467B1; FR2201467A1

Description

Priorität: 27. September 1972 / Frankreich Anmelde-Nr.: 72 34146 '

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bewegungsmessung, insbesondere eine Vorrichtung zum Messen der Verschiebungen eines oder mehrerer beweg H'dher Körper auf einer vorherbestimmten Bahn-als Funktion der Zeit.

Die Erfindung eignet sich besonders zum Studium von Bewegungen für den Mittelschul- und OberschuIunterricht. Bei den klassischen Methoden zum Studium der Bewegungen eines beweglichen Körpers wird entweder die Zeit gemessen, die ein

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beweglicher Körper zwischen verschiedenen Reihen zweier Punkte, deren Abstand bekannt ist, durchläuft, oder es wird-dfe Geschwindigkeit eines beweglichen Körpers zwischen festliegenden Punkten gemessen oder^eS wird eine fotografische Aufzeichnung einer Rampe mit Neonröhren gemacht, die durch ein mit dem die Rampe durchlaufenden beweglichen Körper verbundenes elektronisches Empfangselement mit Netzfrequenz erregt werden.

Die beiden zuerst genannten "Verfahren dauern lange und erfordern eine mehrmalige Wiederholung des gleichen Versuches ohne Änderung der Faktoren; das letzte Verfahren dagegen kann nur im Dunkeln realisiert werden und die Fotografie muß vergrößert werden, um Messungen zu gestatten, und im Fall der Untersuchung von Stößen zwischen zwei beweglichen Körpern kann man die den beiden beweglichen Körpern entsprechenden Punkte nicht unterscheiden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Bewegungsmessung zu schaffen, mit der die bekannten Nachtei Ie weitestgehend vermieden werden.

Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird eine Vorrichtung zur Bewegungsmessung eines oder mehrerer beweglicher Körper auf einer vorherbestimmten Bahn geschaffen, die sich dadurch auszeichnet, daß sie eine Reihe lichtempfindlicher Fühler, die längs der Bahn in gleichmäßigen Abständen angeordnet sind, ein mit dem beweglichen Körper verbundenes und zum Verdunkeln der Fühler geeignetes Abschirm-

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element, eine grafische Aufzeichnungsvorrichtung mit Schreibelement sowie eine elektronische Schaltung aufweist, welche die Steuerung der Bewegungen des Schreibelements bei jeder Abschirmung bzw. Verdunklung gewährleistet.

Mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird die Zeit des Durchlaufs durch gleiche Abstände gemessen.

Die Erfindung wird nachfolgend mit vorteilhaften Einzelheiten anhand schematischer Zeichnungen eines AusfÜhrungsbeispieIs näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Lineal mit Luftkissen, das als Unterstützung für die Verschiebung in einer Vorrichtung zur Bewegungsmessung gemäß der Erfindung verwendet ist;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Lineals gemäß Fig. 1 ;

Fig. 3 ein Schaltschema der elektronischen Steuerung des zusammen mit dem Lineal gemäß Fig. 1 verwendeten grafischen Aufzeichnungsgeräts;

Fig. 4 ein Diagramm der grafischen Aufzeichnungen und der Bahnen als Funktion der Zeit für einen Stoß zweier beweglicher Körper von gleicher Masse;

Fig. 5 ein Diagramm des Rückpralls eines beweglichen Körpers an einem feststehenden Hindernis;

Fig. 6 ein Diagramm der Bewegung eines beweglichen Körpers, der gleichförmig beschleunigt ist.

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BAD ORJGINAt

Aus den Zeichnungen geht ein Lineal 1 mit Luftkissen (Fig. 2) hervor, das besonders gut zum Studium von Bewegungen" ohne Reibung geeignet ist. und an dem ein beweg I1 eher Körper 2 verschoben wird, der ein Abschirmelement 3 trägt. In gleichmäßigen Abständen über die Länge des Lineals hinweg sind lichtempfindliche Fühler 4 (beispielsweise fοtoelektrlsche Zellen) angeordnet, die beim Vorbei bewegen des Abschirmelements abgeschirmt bzw. abgedunkelt werden.

In Fig. 1 ist zu sehen, daß das Lineal 1 eine

Stützbasis 5, eine untere Kammer 6, In der Lichtquellen 7 angeordnet, sind, die die fotoelektrischen Zellen 4 durch öffnungen 8 erhellen, ein Sockel 9, der Gehäuse 10 und 10¹ für die fotoelektrischen Zellen 4 und 4' trägt, welche an der einen bzw. anderen Seite des Lineals angeordnet sind, und eine obere

wird./ Kammer 11 aufweist, in die Luft eingeblasen / Diese obere Kammer Ist von kleinen -Löchern 12 durchlöchert, durch die Luft entweicht, die den beweg Iichen Körper 2 abstützt.

« Aus Fig. 3 geht hervor, daß die Lichtquellen 7

parallel geschaltet sind und daß an ihnen eine Gleichspannung anliegt, die aus einer Wechselspannung durch Gleichrichten in einem Element 13 und Filtern In einem Element 14 erhalten wird. Diese Gleichspannung versorgt außerdem einen ersten Transistor 15 und einen zweiten Transistor 16.

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Im Basiskreis des ersten Transistors 15 sind die verschiedenen, als Fühler eingesetzten fotoempfindIichen Zellen 4, die an der gleichen Seite des Lineals 1 angeordnet sind, in Reihe geschaltet. Der Kollektor des ersten Transistors 15 Ist einerseits mit der Basis des zweiten Transistors 16 und andererseits über einen Widerstand 17 mit der Masse verbunden. Der Kollektor des zweiten Transistors 16 ist mögIicherweise unter Zwischenschaltung einer Leistungsschaltung 18 (beispielsweise Leistungstransi stör) .an eine Steuerwicklung 19 beispielsweise eines grafischen Aufzeichnungsgerätes mit Schreibelement 20 angeschlossen. Mit der Steuerwicklung 19 ist eine Diode 21 para I I elgeschaItet.

Gemäß der Erfindung können auch mehrere Aufzeichnungsgeräte an den Ausgang der Leistungsschaltung 18 angeschlossen sein.

Die Vorrichtung zur Bewegungsmessung gemäß der Erfindung arbeitet wie folgt: Wenn alle Fühler inVFo'rm fotoelektrischer Zellen 4 beleuchtet sind, ist der Widerstand des Basiskreises des Transistors 15 so scbw-a-ch, daß die Basis des Transistors gegenüber dem Emitter negativ polarisiert ist. Der Transistor 15 ist folglich leitend, während der Transistor 16 gesperrt ist, das heißt daß kein Strom in die Steuerwicklung fließt.

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Wenn eine fotoelektrische Zelle abgeschirmt oder verdunkelt wird, wird ihr Widerstand sehr groß, und der Transistor 15 wird gesperrt. über den Widerstand 17 liegt ein negatives Potential'an der Basis des Transistors 16 an, der leitend wirci ,und die Steuerwicklung 19 wird erregt, so daß das Schreibelement 20 ein Signal registriert. Die Diode absorbiert den Unterbrechungsextrastrom, wenn der Transistor erneut gesperrt wird.

Bei dem hier verwendeten grafischen Aufzeichnungsgerät handelt es sich beispielsweise um ein Aufzeichnungsgerät mit konstanter Geschwindigkeit und kontinuierlichem Abrollen eines Papierstreifens. Der Abstand zwischen zwei Signalen des Schreibelements auf dem Papierstreifen ist proportional zu der Zeit, die der bewegliche Körper braucht, um die zwei fotoelektrische Ze I I en trennende Distanz zu durchlaufen.

Wenn zwei beweg!'ehe Körper verwendet sind, trägt einer von ihnen <? ί η Absch i rme I ement, das die an e.iner Seite des Lineals angeordneten fotoelektrischen ZeIlen-abschirmt bzw. abdunkelt, und der andere ein Abschirmelement, das die an der anderen Seite des Lineals angeordneten fotoelektrischen ZeIlen 4' abschirmt oder abdunkelt. Für jede Reihe fotoelektrischer Zellen muß eine SteuerschaI tuna mit Schreibelement qemäß dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel vorgesehen sein. Mit den beiden Schreibelementen können Aufzeichnungen auf dem . , , gleichen Aufzeichnungsgerät gemacht werden. ." ?-..■.■_^-< ···*>'

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Flg. 4 zeigt Kurven der von zwei beweglichen Körpern Mt und M2- von gleicher Masse durchlaufene Entfernungen als Funktion der Zeit mit einer integralen übertragung der Bewegungsgröße. Die erste Auf ze IchnungsI I η Ie'entsprIcht dem beweglichen Körper Mt und die zweite dem beweglichen Körper M2.

Die grafische Darstellung gemäß Fig. 5 entspricht einem bewegtichen Körper, der von einem festen Hindernis zurückprallt. Gemäß FJg. 6 ist die Bewegung des beweglichen Körpers gleichmäßig beschIeunIgt.

In den hler dargestellten Beispielen handelt es sich Immer um eine geradlinige gleichförmige oder gleichförmig geänderte Bewegung. Die Erfindung eignet sich aber auch ausgezeichnet für eine sinusförmige oder eine kreisförmige Bewegung. Im zuletzt genannten Fall reicht es beispielsweise aus, eine fotoelektrische Zelle an 'einer Stelle einer Kreisbahn anzuordnen, wobei die Elementarstrecke bzw. der Elementarabstand ein Umkreis oder ein Halbkreis Ist. Man kann dann die Zelt messen-, die die Verdunklungen bzw. Abschirmungen der fotoeIektrisehen ZeI1e durch ein einziges Abschirmelement oder durch^zwei einander diametral gegenüberliegende Abschirmelemente voneinander trennt.

Beim Unterricht Im Labor eignet sich die Erfindung besonders vorteilhaft zur Verwendung in Gruppen. Mit nur einer einzigen Abstützung der beweglichen Körper und nur einem einzigen Versuch können nämI1ch mehrere grafI sehe Aufzeichnungsgeräte gleichzeitig gespeist werden. Di.e Aufzeichnungen sind alle

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identisch, und die Meßergebnisse stimmen überein.

Da Lineale mit Luftkissen teuer sind, ist es von gewissem Interesse und ein wichtiger Vorteil, daß nur ein einziges Lineal verwendet wird, und daß mit einfachen Schaltungen eine Reihe wenig umständlicher Aufzeίchnungsgeräte gesteuert w i rd .

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Claims

Ansprüch.e

1. 1 Vorrichtung zur Bewegungsmessung eines oder mehrerer beweglicher Körper auf einer vorherbestimmten Bahn, an der mindestens ein liehtempfindlieher, von einer Lichtquelle beleuchteter Fühler angeordnet ist, der bei seiner Abschirmung ein elektrisches Signal abgibt, das einem grafischen Aufzeichnungsgerät mit Schreibelement übertragbar· ist, dadurch g e kennzei ohne t , daß der bewegliche Körper (2) ein Abschirmelement (3) trägt, mit dem der (die) Fühler (4) abdunkelbar ist (sind), und daß die Bewegungen des Schreibelements (20)des grafischen Aufzeichnungsgeräts von einer elektronischen Schaltung mit zwei Transistoren (15, 16) gesteuert sind, von denen einer gesperrt ist, während der andere leitend ist, und umgekehrt.

2. Vorrichtung zur Bewegungsmessung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß längs der Bahn(l) mehrere lichtempfindliche jeweils von einer Lichtquelle (7) beleuchtete Fühler (4) angeordnet sind, die in Reihe geschaltet sind.

3. Vorrichtung zur Bewegungsmessung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühler (4) im Ba'siskreis des ersten Transistors (15) in Reihe geschaltet sind, und daß der Kollektor des ersten Transistors (15) und die Basis des zweiten Transistors (16) über einen gemeinsamen Widerstand (17) mit der Masse verbunden sind.

4. Vorrichtung zur Bewegungsmessung nach Anspruch 3, dadurch

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gekennzeichnet, cl^fl der zweite Transistor (ΐβ) einer Steuerwicklung (19) tier Bewegungen des Sehreibelements (20) Strom zuführt, mit der eine Diode (21) parellelgeschaltet ist,

5. Vorrichtung zur Bewegungsmessung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Bahn von einem Lineal mit Luftkissen bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtempfindliche Fühler eine fotoelektrische Zelle (4) ist, die seitlich zum Lineal (l) angeordnet und yon einer Lichtquelle (7) beleuchtet ist, die im Körper des Lineals untergebracht ist.

6. Vorrichtung zur Bewegungsmessung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennnzeichnet, daß zwei" Reihen von lichtempfindlichen Fühlern (4) symmetrisch zum Lineal angeordnet sind, von denen eine Reihe durch das Abschirmelement (3) eines ersten beweglichen Ko'rpers abgeschirmt bzw. abgedunkelt wird, während die andere Reihe vom Abschirmelement eines zweiten.beweglichen Körpers abgeschirmt bzw. abgedunkelt wird und jede der beiden Reihen ein eigenes Schreibelement des Aufzeichnungsgeräts steuert,

7. Vorrichtung zur Bewegungsmessung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Aufzeichnungsgeräten parallelgeschaltet und gleichzeitig von der gleichen elektronischen Schaltung steuerbar ist, derart daß die erhaltenen Meßergebnisse auf einem einzigen Lineal für mehrere Benutzer zur Verfügung stehen.

8. Vorrichtung zur Bewegungsmessung nach Anspruch Y, dadurch ge-

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kennzeichnet, daß die .verschiedenen AufZeichnungsgeräte über eine Leistungsstufe (18) steuerbar sind.

9. Vorrichtung zur Bevregungsmessung nach Anspruch (8), dadurch gekennzeichnet, dpß die Leistungsstufe (18) zwischen den zweiten Transistor (l6) und die Steuerwicklung (19) der Bewegungen des Schreibel ernents geschaltet ist.

10. Vorrichtung zur Bewegungsmessung nsQh einem der Ansprüche 1, 4, 5 oder 7 Ms 9» dpdurch gekennzeichnet, daß die Bahn kreisförmig ist, und daß ein einziger lichtempfindlicher Fühler vorgesehen ist.

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