專利名稱：太陽能磁懸浮演示儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種太陽能磁懸浮演示儀。
背景技術(shù)：
磁懸浮技術(shù)是利用磁鐵的同性相斥、異性相吸的原理將物體無機(jī)械接觸懸浮的技術(shù)，它是一門集電磁學(xué)、電子技術(shù)、控制工程、信號處理、機(jī)械學(xué)、動力學(xué)等學(xué)科為一體的高新技術(shù)。隨著電子技術(shù)、控制工程、信號處理元器件、電磁理論及新型電磁材料的發(fā)展和轉(zhuǎn)子動力學(xué)的進(jìn)展，磁懸浮技術(shù)得到了長足的發(fā)展，并逐漸走近人們的生活。為了展示磁懸浮技術(shù)的原理，更好地讓人們感受科技的魅力，激發(fā)青少年的學(xué)習(xí)興趣，有必要設(shè)計(jì)一種能自動懸浮并且定量地演示懸浮控制過程的磁懸浮演示儀。傳統(tǒng)磁懸浮演示儀有一定的缺陷， 它只能以普通電源為動力來源，懸浮的穩(wěn)定性差，效果不明顯，不能調(diào)節(jié)懸浮物體的質(zhì)量， 不能定量顯示電磁鐵磁性隨懸浮物體位置變化的自動調(diào)整。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種多功能太陽能磁懸浮演示儀。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是它是以太陽能為動力，利用線性霍爾傳感器檢測磁場強(qiáng)度的原理來探測懸浮物體的位置，控制懸浮物體懸浮狀態(tài)的。本裝置主要由太陽能電池、主控制電路、電壓顯示電路、電磁鐵等四個模塊組成。將太陽能電池固定在磁懸浮演示儀頂端，通過驅(qū)動電路連接到可充電的蓄電池為裝置提供直流電。將數(shù)字電壓表和電磁鐵分別固定在演示儀的前端和上端，并連接到電壓顯示電路上，電壓顯示電路主要是測量并顯示電磁鐵的電壓，由于在懸浮物體自動調(diào)整的過程中，電壓變化最明顯，通過顯示電壓的變化，可以更直觀地演示電磁鐵磁性的變化。電磁鐵由線圈和可調(diào)節(jié)高度的鐵芯組成，鐵芯的高度決定電磁鐵的磁性強(qiáng)度，因此通過調(diào)節(jié)電磁鐵內(nèi)鐵芯的高度， 可以改變懸浮穩(wěn)定狀態(tài)下的懸浮物體的質(zhì)量。主控制電路中的線性霍爾傳感器固定在電磁鐵正下端，當(dāng)霍爾傳感器在5V的穩(wěn)定電壓下工作時，其輸出端電壓正比于探測到的懸浮物體上端磁鐵的磁感應(yīng)強(qiáng)度，當(dāng)霍爾傳感器與懸浮物體的距離增大時，其輸出端電壓減小，反之增大。當(dāng)放上質(zhì)量合適的懸浮物體時，傳感器檢測到不同的位移信號時，電路通過控制電磁鐵磁性，使懸浮物體穩(wěn)定在距離傳感器20mm的位置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)磁懸浮現(xiàn)象并在數(shù)字電壓表上定量地演示電磁鐵磁性的動態(tài)變化。由于鐵芯高度調(diào)節(jié)范圍為0-15mm，因此懸浮物體質(zhì)量調(diào)節(jié)范圍為50-150g。本實(shí)用新型的有益效果是，利用太陽能驅(qū)動電路，可以隨時儲存電能，使用時間長，同時也能起到演示太陽能利用的教學(xué)目的。利用線性霍爾傳感器檢測懸浮物體位移， 控制電路調(diào)控電磁鐵磁性，電壓顯示模塊定量演示電磁鐵磁性變化，增強(qiáng)了物理演示實(shí)驗(yàn)的可信度和精確度。相對其他磁懸浮演示裝置，本裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，并且采用新穎的有機(jī)玻璃的結(jié)構(gòu)造型，所有功能部件均為通體透明一目了然，增強(qiáng)了物理演示實(shí)驗(yàn)的可信度。
圖1為太陽能磁懸浮演示儀的裝置示意圖。圖2為電磁鐵結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步說明。圖中，1-太陽能電池，2-電磁鐵，3-數(shù)字電壓表，4-線性霍爾傳感器，5-永磁體， 6-懸浮物體，7-電路盒，8-電池盒，9-鐵芯，10-線圈。將太陽能電池1固定在磁懸浮演示儀支架頂端，通過驅(qū)動電路連接到電池盒8的蓄電池為裝置提供直流電。將數(shù)字電壓表3固定在演示儀的前端，連接到電路盒7中的電壓顯示電路上。電磁鐵2是由鐵芯9和線圈10組成的，通過調(diào)節(jié)鐵芯9的高度，可以改變電磁鐵的磁性，因此可以用以更換不同質(zhì)量的懸浮物體6進(jìn)行懸浮實(shí)驗(yàn)。主控制電路中的線性霍爾傳感器4固定在電磁鐵2的正下端，將永磁體5以N級向上地固定在懸浮物體6 的上部。打開蓄電池的電源開關(guān)，蓄電池輸出直流電，線性霍爾傳感器4在5V的穩(wěn)定電壓下工作時，其輸出端電壓正比于探測到的懸浮物體6上端永磁體5的磁感應(yīng)強(qiáng)度。當(dāng)放上質(zhì)量合適的懸浮物體6時，電路通過控制電磁鐵磁性，使懸浮物體5穩(wěn)定在距離傳感器4大約20mm的位置，數(shù)字電壓表3此時可以動態(tài)地顯示電磁鐵2的電壓，這樣就可以實(shí)現(xiàn)了磁懸浮的現(xiàn)象和定量演示電磁鐵磁性的動態(tài)變化過程。本實(shí)用新型可以精確而直觀地演示磁懸浮的物理現(xiàn)象。以太陽能為動力，既可以克服供電的影響，同時也能演示太陽能利用，達(dá)到雙重演示的教學(xué)效果。本實(shí)用新型利用線性霍爾傳感器來探測懸浮物體的位移，通過A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)顯示變化的電壓，控制電路調(diào)控電磁鐵電壓，并設(shè)計(jì)了可調(diào)整高度的電磁鐵鐵芯的方案，實(shí)現(xiàn)了懸浮物體質(zhì)量的可變效果， 性能穩(wěn)定、操作方便，并且采用新穎的有機(jī)玻璃的結(jié)構(gòu)造型，所有功能部件均為通體透明一目了然，增強(qiáng)了物理演示實(shí)驗(yàn)的精確度和可信度，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的教學(xué)效果。
權(quán)利要求1. 一種太陽能磁懸浮演示儀，由太陽能電池、主控制電路、電壓顯示電路、電磁鐵等四個模塊組成，將太陽能電池板固定在磁懸浮演示儀頂端，通過驅(qū)動電路連接到可充電的蓄電池為裝置提供直流電，其特征是該太陽能磁懸浮演示儀采用有機(jī)玻璃構(gòu)造，電磁鐵內(nèi)的鐵芯高度調(diào)節(jié)范圍為0-15mm，懸浮物體質(zhì)量為50_150g。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種太陽能磁懸浮演示儀，它是以太陽能為動力，利用線性霍爾傳感器檢測磁場強(qiáng)度的原理來探測懸浮物位置，控制物體實(shí)現(xiàn)懸浮的。具體是將太陽能電池板固定在裝置支架頂端，通過驅(qū)動電路連接到電池盒的蓄電池為裝置提供直流電。數(shù)字電壓表固定在演示儀的前端，連接電壓顯示電路。電磁鐵由鐵芯和線圈組成的，調(diào)節(jié)鐵芯的高度可改變電磁鐵磁性，用以調(diào)節(jié)不同質(zhì)量的懸浮物實(shí)現(xiàn)懸浮。線性霍爾傳感器固定在電磁鐵的下端，將永磁體固定在懸浮物的上部。傳感器輸出端電壓正比于探測到的磁感應(yīng)強(qiáng)度。放上質(zhì)量合適的懸浮物時，電路可控制電磁鐵磁性，使懸浮物體維持懸浮狀態(tài)，數(shù)字電壓表可顯示電磁鐵的電壓，從而實(shí)現(xiàn)懸浮現(xiàn)象的定量演示效果。
文檔編號G09B23/06GK202049643SQ20112006226
公開日2011年11月23日 申請日期2011年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月5日
發(fā)明者吳飛斌, 張晉平, 趙吉慶, 陳文娟 申請人:中國石油大學(xué)(華東)