專利名稱：一種激光打點計時器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于物理實驗計時器領域，特別是涉及到一種運用激光控制的打點計時器。
背景技術：
打點計時器是一種測量時間的工具。如果運動物體帶動的紙帶通過打點計時器，在紙帶上打下的點就記錄了物體運動的時間，紙帶上的點也相應的表示出了運動物體在不同時刻的位置。研究紙帶上各點的間隔，就可分析物體的運動狀況?，F(xiàn)在的物理實驗中常用的計時器有電磁打點計時器和電火花打點計時器。電磁打點計時器是一種使用交流電源(學生電源)的計時儀器，其工作電壓小于6V, 一般是4 6V，電源的頻率是50Hz，它每隔0.02s打一次點，即一秒打50個點。其原理是:當給電磁打點計時器的線圈通電后，線圈產生磁場，線圈中的振片被磁化，振片在永久磁鐵磁場的作用下向上或向下運動，由于交流電的方向每個周期要變化兩次，因此振片也發(fā)生變化，永久磁鐵對它的作用力的方向也要變化，這就意味著每兩個點間的時間間隔等于交流電的周期。電火花打點計時器是利用火花放電使墨粉在紙帶上打出墨點而顯出點跡的一種計時儀器。其原理是:電火花打點計時器接220V電源，按下脈沖輸出開關，計時器發(fā)出脈沖電流，接正極的放電針和墨粉紙盤與接負極的紙盤軸之間，產生火花放電，并在紙帶上打出一系列的點，交流電每個周期放電一次，因此電火花打點計時器打出的點間隔等于交流電的周期。利用具有特定幾何形狀的放電電極(EDM電極)在金屬(導電)部件上燒灼出電極的幾何形狀。電火花計時器的電極即為圓點狀。電火花是一種自激放電，火花放電的兩個電極間在放電前具較高的電壓，當兩電極接近時，其間介質被擊穿后，隨即發(fā)生火花放電。伴隨擊穿過程，兩電極間的電阻急劇變小，兩極之間的電壓也隨之急劇變低。火花通道必須在維持暫短的時間(通常為·10~_7 10~-3s)后及時熄滅，才可保持火花放電的“冷極”特性(即通道能量轉換的熱能來不及傳至電極縱深)，使通道能量作用于極小范圍。然而，通道能量的作用，可使電極局部被腐蝕。這兩種計時器的共同點是在紙帶上記錄運動物體的“時一空”分布信息，計時基準都是取自家用電的周期，在我國每兩個點之間的時間間隔為0.02s，因而有相同的數(shù)據(jù)采集方法與數(shù)據(jù)整理分析方法，并可與斜面小車、軌道小車等配套使用。與此同時，這兩種計時器在實際實驗操作的過程中，也存在著明顯的缺陷。電磁打點計時器工作時，由市電經(jīng)線圈引起磁場的周期變化，策動彈片帶動打點針，在運動體拖動的紙帶上，以50Hz頻率打點。電磁打點計時器的打點針對運動中的紙帶產生沖擊和摩擦，干擾了紙帶的運動，這在自由落體實驗中的缺陷尤為顯著。電火花打點計時器利用高壓脈沖火花放電，放電針與紙帶沒有接觸，因而不會干擾紙帶運動。關于電磁打點計時器的計時周期會受到紙帶運動的干擾，可以通過以下實驗進行分析。以振子向下打點經(jīng)過的平衡位置為O相位，這樣在紙帶上打點時的相位將在附近的一點上，只要打點能保持在同一相位上，打點的20ms周期的等時性就能保證。當紙帶靜止時，若電磁打點計時器調節(jié)適當，打點的等時性能夠得到保證，但是當紙帶運動時，受到打點針沖擊作用的紙帶對振子也產生反作用，從而影響到打點時的相位并產生顯著漂移，結果破壞了打點的等時性。使用電磁打點計時器時，對打點相位的調節(jié)，常常是一般師生難以掌握的技術難點；對已調好的計時器，在使用中隨環(huán)境因素的改變，即使耗費大量時間與精力調節(jié)，也常常難以調好，從而降低了工作的可靠性，降低了實驗的置信度和課時利用率。使用電火花計時器時由于不需要上述調節(jié)，一般學生在2-5分鐘內便能采集到實驗數(shù)據(jù)，從而可以使學生的精力集中到控制實驗現(xiàn)象產生的條件，以及研究分析運動規(guī)律上去。另夕卜，電磁打點計時器在使用中是沒有安全問題的，而電火花打點計時器長期不能在教學中使用的關鍵之一就是安全問題。早期的電火花打點計時器，其記錄靈敏度低下，依賴于電火花在白紙上燒孔，其電壓大于6kV，電流達80mA，對人是有生命危險的。后來用熱敏紙，電壓也大于6kV，電流為5至20mA，也是極不安全的。同時熱敏紙的使用使實驗成本提高，轉印過程中由于紙帶快速運動過程，導致上下對位不齊降低實驗精度甚至使實驗失敗，而對電火花打點計時器而言，紙帶運動速度不同會造成紙帶上點大小的細微差別，影響測量和分析。此兩種打點計時器點頻率均為50Hz頻率不可調整，對于描述較快運動狀態(tài)時點間距過大，紙帶浪費嚴重，描述緩慢運動狀態(tài)時點間距過小無法準確測量。綜上所述，本技術領域亟需要一種新的技術方案來解決這個問題。
發(fā)明內容本發(fā)明所要解決的技術問題:本實用新型提供了一種操作安全方便、可靠性高、記錄精準并且頻率可調的打點計時器。本實用新型是這樣設計的:一種激光打點計時器，包括底板、支架、紙帶限位裝置、紙帶、紙帶打點部件，其中紙帶打點部件包括激光器、會聚鏡頭、激光控制電源；所述的底板上固定有支架，且支架上固定有激光器；所述的激光器下方設有會聚鏡頭；所述的紙帶穿過紙帶限位裝置；所述的激光器通過激光控制電源與電源連接。 所述的激光器的型號為200毫瓦 YAG連續(xù)輸出激光器、100毫瓦YAG連續(xù)輸出激光器、500毫瓦YAG連續(xù)輸出激光器。所述的會聚鏡頭所用的鏡頭形狀為圓形。有益效果:本實用新型實現(xiàn)了紙帶打點部件與紙帶的真正非接觸，不會因為紙帶與部件之間產生摩擦力而影響實驗準確度，激光打點清晰分辨，測試方便準確，同時打點頻率可調節(jié)，便于驗證不同速度實驗范圍，無需使用專用特殊紙帶，普通紙帶、塑料帶均能完成，并且無需任何調試，從而達到提高實驗效率和課時利用率。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步的說明:


圖1是本實用新型一種激光打點計時器的結構示意圖。圖中1-底板、2-支架、3-激光器、4-會聚鏡頭、5-紙帶限位裝置、6-紙帶、7-激光控制電源。
具體實施方式
由
圖1可知一種激光打點計時器，包括底板1、支架2、紙帶限位裝置5、紙帶6、紙帶打點部件，其中紙帶打點部件包括激光器3、會聚鏡頭4、激光控制電源7 ;所述的底板I上固定有支架2，且支架2上固定有激光器3 ;所述的激光器3下方設有會聚鏡頭4 ;所述的紙帶6穿過紙帶限位裝置5 ;所述的激光器3通過激光控制電源7與電源連接。實施I激光打點計時器選用200毫瓦YAG連續(xù)輸出激光器3，激光控制電源7可控制激光器輸出25Hz、50Hz、100Hz三種頻率脈沖激光，當實驗需反映紙帶高速所述紙帶高速運動狀況時IOOHz脈沖輸出，慢速運動時采用25Hz脈沖輸出，一般情況下采用50Hz脈沖輸出，紙帶采用黑色普通紙制成。實施2激光打點計時器選用100毫瓦YAG連續(xù)輸出激光器3，激光控制電源7可控制激光器實現(xiàn)0-200HZ無極變頻輸出脈沖激光，當實驗需反映紙帶高速所述紙帶高速運動狀況時選用較高頻率，反之選用較低頻率，一般情況下采用50Hz脈沖輸出，激光控制電源7上設有頻率顯示器，紙帶采用黑色塑料制成。實施3激光打點計時器選用500毫瓦YAG連續(xù)輸出激光器3，激光控制電源7可控制激光器實現(xiàn)0-200HZ無極變頻輸出脈沖激光，當實驗需反映紙帶高速所述紙帶高速運動狀況時選用較高頻率，反 之選用較低頻率，一般情況下采用50Hz脈沖輸出，激光控制電源7上設有頻率顯示器，紙帶采用普通白紙制成。使用方法:將紙帶6穿過紙帶限位裝置5，選定激光器3的型號，打開激光控制電源7，拉動紙帶6，讀取點數(shù)。
權利要求1.一種激光打點計時器，其特征在于:包括底板(I)、支架(2)、紙帶限位裝置(5)、紙帶(6)、紙帶打點部件，其中紙帶打點部件包括激光器(3)、會聚鏡頭(4)、激光控制電源(7)，所述的底板(I)上固定有支架(2)，且支架(2)上固定有激光器(3);所述的激光器(3)下方設有會聚鏡頭(4);所述的紙帶(6)穿過紙帶限位裝置(5);所述的激光器(3)通過激光控制電源(7)與電源連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種激光打點計時器，其特征在于:所述的激光器(3)的型號為200毫瓦YAG連續(xù)輸出激光器、100毫瓦YAG連續(xù)輸出激光器、500毫瓦YAG連續(xù)輸出激光器。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種激光打點計時器，其特征在于:所述的會聚鏡頭(4)所用的鏡頭形狀為圓形。 ·
專利摘要本實用新型涉及一種激光打點計時器，屬于物理實驗計時器領域，包括底板、支架、紙帶限位裝置、紙帶、紙帶打點部件，其中紙帶打點部件包括激光器、會聚鏡頭、激光控制電源；所述的底板上固定有支架，且支架上固定有激光器；所述的激光器下方設有會聚鏡頭；所述的紙帶穿過紙帶限位裝置；所述的激光器通過激光控制電源與電源連接。本實用新型實現(xiàn)了紙帶打點部件與紙帶的真正非接觸，不會因為紙帶與部件之間產生摩擦力而影響實驗準確度，激光打點清晰分辨，測試方便準確，同時打點頻率可調節(jié)，便于驗證不同速度實驗范圍，無需使用專用特殊紙帶，并且無需任何調試，從而達到提高實驗效率和課時利用率。
文檔編號G09B23/06GK203118296SQ20132013836
公開日2013年8月7日 申請日期2013年3月25日 優(yōu)先權日2013年3月25日
發(fā)明者馮馨樂 申請人:馮馨樂