專利名稱：一種受迫振動演示實驗儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明專利涉及演示受迫振動的實驗儀，屬大學物理教學實驗儀器領域。
背景技術：
彈簧振子受迫振動的物理圖象的建立，是大學物理課的基本要求之一。要建立這一物理圖象就必須了解振子受迫振動的振動波形的大小及其相對位置隨策動力頻率的變化規(guī)律，前者被稱為幅頻特性，后者被稱為相頻特性。大學物理的教學要求需要有相應的物理演示實驗。但國內外大學物理教學參考書及相關教學研究文獻中尚未見到與這種演示實驗相關的報道。

發(fā)明內容
本發(fā)明專利的目的是提供一種演示受迫振動的實驗儀，用以演示策動力作用下彈簧振子振動的幅頻特性和相頻特性。如圖1所示，本發(fā)明受迫振動演示實驗儀主要由基座框架1和2、位移傳感器3、彈簧振子(彈簧4和質量塊5)、策動力裝置6四部分組成。位移傳感器3安置在框架2上，所說的位移傳感器與彈簧4相連，彈簧4的下端與質量塊5相連，質量塊5為一由軟鐵制成的圓形筒(見圖3)，內裝有磁軛鐵舌14，在磁軛鐵舌14上裝有永磁體13。永磁體13的磁力線通過磁軛鐵舌14、圓鐵筒15及底部氣隙17形成一個閉合廻路。策動力裝置6由絕緣筒21、線圈22和阻尼筒23組成，絕緣筒21可以通過氣隙17伸入質量塊5的圓鐵筒15內，并安置在框架底板1上，絕緣筒21和阻尼筒23的等高側壁各開有一圓孔，可以通過調節(jié)兩孔的相對位置來調節(jié)阻尼力。位移傳感器3為一壓電陶瓷片12，被安裝在固定筒10內，固定筒10安裝在框架2上。壓電陶瓷片12的下端面與彈簧4相連，上端面有引線引出。實驗時，先調節(jié)策動力裝置下部阻尼筒圓孔的位置，以設置一定的阻尼，再將策動力裝置上的線圈接到函數(shù)信號發(fā)生器的輸出端，將位移傳感器的輸出信號和與策動力裝置上的線圈相串聯(lián)的電阻上的電壓信號分別接入一雙蹤示波器的兩通道，調節(jié)示波器使波形大小和位置適當，改變函數(shù)信號發(fā)生器的頻率同時觀測示波器熒光屏上顯示的兩波形相對大小及相對位置的變化，即可得到彈簧振子受迫振動的幅頻特性和相頻特性。本實驗儀選用兩種傳感器提取信號，構思巧妙，結構簡單，反映的物理原理深刻，實驗效果良好。


圖1為受迫振動演示儀結構的示意圖；圖2為位移傳感器結構的示意圖；圖3為振子質量塊結構的示意圖；圖4為策動力裝置結構的示意圖。
具體實施例方式參照

實施例如下。如圖1所示，本受迫振動演示實驗儀主要由基座框架1和2、位移傳感器3、彈簧振子即彈簧4和質量塊5、策動力裝置6四部分組成。彈簧振子的彈簧4的上端接到位移傳感器3上，質量塊5的下端連系策動力裝置。位移傳感器3由鑲嵌于固定筒10的壓電陶瓷片12組成，結構見圖2，壓電陶瓷片12，直徑φ35mm，厚約0.50mm，基頻約為1200Hz.；固定筒10為硬鋁或黃銅材料制成，外徑可取為φ50mm；壓電陶瓷片12被鑲嵌在其中間，四周與固定筒10緊固連接且作為一個電極(接地電極)。壓電陶瓷片12的另一個電極面(鍍銀面)接輸出電纜芯線11。在壓電陶瓷片的銅電極面(接地電極)的中心點粘接或焊接振子彈簧4。固定筒10的上方與框架2緊固連接。振子彈簧4可為一硬金屬絲粗線彈簧，為的是它的倔強系數(shù)較大而使振子的頻率較高，便于示波器觀測，甚至可用一段粗導線亦可，例如可用φ2mm×300mm的一段銅線。振子質量塊5的主體為圓形筒15，在圓形筒15內部的上方安裝一圓柱形永磁體13，永磁體13的下端連接圓柱形軟鐵軛鐵舌14。圓形筒15的尺寸φ48mm×62mm。永磁體尺寸φ20mm×10mm。軛鐵舌14的尺寸φ12mm×40mm。策動力裝置的結構如圖4所示，絕緣筒21固定于底板1上，絕緣筒21的內徑要與軛鐵舌14相匹配(滑配合)，絕緣筒21的上端以φ0.3mm漆包線密繞30-50匝構成激勵線圈22，絕緣筒21的下部要套上可以繞絕緣筒21滑配轉動的阻尼筒23。阻尼筒23與絕緣筒21有一個可重合的側通孔20(見圖4所示)，直徑為φ10mm，轉動阻尼筒23可調節(jié)兩通孔20的重合程度以實現(xiàn)對振動阻尼的調節(jié)。關于振動信號的取出因位移傳感器輸出電纜插頭的輸出電壓與加于壓電陶瓷片12的拉力成正比，此拉力為彈簧的拉力，與彈簧的伸長成正比，彈簧的伸長即可表示振子質量塊5的位移，因此這也就是彈簧振子對策動力的響應信號；將激勵線圈串聯(lián)一個小電阻R(圖中未畫出)，R上的電壓即可表示策動力信號。將這兩路信號同時輸入雙蹤示波器的兩通道，便可從示波器熒光屏上觀測振子對策動力響應的幅頻特性和相頻特性。另外，總裝配時還要注意激勵線圈及阻尼器中的絕緣筒21(見圖4所示)內外徑的控制要嚴格把握，實現(xiàn)它內與軛鐵舌14(見圖3所示)滑配合，外與阻尼筒23(見圖4所示)滑配合。軛鐵磁路氣隙17(見圖3所示)要處于激勵線圈22(見圖4所示)的中間。
權利要求
1.一種受迫振動演示實驗儀，其特征是由基座框架(1)和(2)、位移傳感器(3)、彈簧振子即彈簧(4)和質量塊(5)、策動力裝置(6)四部分組成，位移傳感器(3)安置在框架(2)上，所說的位移傳感器與彈簧(4)相連，質量塊(5)為一由軟鐵制成的圓形筒(見圖3)，內裝有磁軛鐵舌(14)，在磁軛鐵舌(14)上裝有永磁體(13)，永磁體(13)的磁力線通過磁軛鐵舌(14)及圓鐵筒(15)及底部氣隙(17)形成一個閉合廻路，策動力裝置(6)由絕緣筒(21)、線圈(22)和阻尼筒(23)組成，絕緣筒(21)可以通過氣隙(17)伸入質量塊(5)的圓鐵筒(15)內，并安置在框架底板(1)上，絕緣筒(21)和阻尼筒(23)的等高側壁各開有一圓孔，可以調兩孔的相對位置來調節(jié)阻尼力，位移傳感器(3)為一壓電陶瓷片(12)，它被安裝在固定筒(10)內，固定筒(10)安裝在框架(2)上，壓電陶瓷片(12)下端面與彈簧(4)相連，上端面有引線引出。
全文摘要
一種受迫振動演示實驗儀，屬物理實驗儀器領域。本演示儀由基座框架(1)和(2)、位移傳感器(3)、彈簧振子(彈簧4和質量塊5)、策動力裝置(6)四部分組成。彈簧振子上端連接位移傳感器下端連系策動力裝置。位移傳感器由壓電陶瓷片制成，其特點是其兩極間的電壓與它所受的拉力成正比，而彈簧的拉力正比于振子質量的位移。振子質量由軟鐵空腔制成(見圖3)，內有永磁體。磁軛鐵舌以滑配狀態(tài)插入固定于基座上的繞著策動力激勵線圈的絕緣筒內，當線圈通以交變電流時，線圈所受安培力的反作用力將是激勵彈簧振子振動的策動力，策動力信號可用與線圈相串聯(lián)的電阻上的電壓來表示。本實驗儀選用兩種傳感器提取信號，構思巧妙，結構簡單，反映的物理原理深刻，實驗效果良好。
文檔編號G09B23/10GK1485805SQ0315
公開日2004年3月31日 申請日期2003年8月29日 優(yōu)先權日2003年8月29日
發(fā)明者路峻嶺, 汪榮寶 申請人:清華大學