專利名稱：一種激光打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于物理實(shí)驗(yàn)計(jì)時(shí)器領(lǐng)域，特別是涉及到一種運(yùn)用激光控制的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。
背景技術(shù)：
打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是一種測(cè)量時(shí)間的工具。如果運(yùn)動(dòng)物體帶動(dòng)的紙帶通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，在紙帶上打下的點(diǎn)就記錄了物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，紙帶上的點(diǎn)也相應(yīng)的表示出了運(yùn)動(dòng)物體在不同時(shí)刻的位置。研究紙帶上各點(diǎn)的間隔，就可分析物體的運(yùn)動(dòng)狀況?，F(xiàn)在的物理實(shí)驗(yàn)中常用的計(jì)時(shí)器有電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是一種使用交流電源(學(xué)生電源)的計(jì)時(shí)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(diǎn)，即一秒打50個(gè)點(diǎn)。其原理是:當(dāng)給電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的線圈通電后，線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，線圈中的振片被磁化，振片在永久磁鐵磁場(chǎng)的作用下向上或向下運(yùn)動(dòng)，由于交流電的方向每個(gè)周期要變化兩次，因此振片也發(fā)生變化，永久磁鐵對(duì)它的作用力的方向也要變化，這就意味著每?jī)蓚€(gè)點(diǎn)間的時(shí)間間隔等于交流電的周期。電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是利用火花放電使墨粉在紙帶上打出墨點(diǎn)而顯出點(diǎn)跡的一種計(jì)時(shí)儀器。其原理是:電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接220V電源，按下脈沖輸出開關(guān)，計(jì)時(shí)器發(fā)出脈沖電流，接正極的放電針和墨粉紙盤與接負(fù)極的紙盤軸之間，產(chǎn)生火花放電，并在紙帶上打出一系列的點(diǎn)，交流電每個(gè)周期放電一次，因此電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的點(diǎn)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(dǎo)電)部件上燒灼出電極的幾何形狀。電火花計(jì)時(shí)器的電極即為圓點(diǎn)狀。電火花是一種自激放電，火花放電的兩個(gè)電極間在放電前具較高的電壓，當(dāng)兩電極接近時(shí)，其間介質(zhì)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?；鸹ㄍǖ辣仨氃诰S持暫短的時(shí)間(通常為·10~_7 10~-3s)后及時(shí)熄滅，才可保持火花放電的“冷極”特性(即通道能量轉(zhuǎn)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(jì)時(shí)器的共同點(diǎn)是在紙帶上記錄運(yùn)動(dòng)物體的“時(shí)一空”分布信息，計(jì)時(shí)基準(zhǔn)都是取自家用電的周期，在我國每?jī)蓚€(gè)點(diǎn)之間的時(shí)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(shí)，這兩種計(jì)時(shí)器在實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作的過程中，也存在著明顯的缺陷。電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作時(shí)，由市電經(jīng)線圈引起磁場(chǎng)的周期變化，策動(dòng)彈片帶動(dòng)打點(diǎn)針，在運(yùn)動(dòng)體拖動(dòng)的紙帶上，以50Hz頻率打點(diǎn)。電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)針對(duì)運(yùn)動(dòng)中的紙帶產(chǎn)生沖擊和摩擦，干擾了紙帶的運(yùn)動(dòng)，這在自由落體實(shí)驗(yàn)中的缺陷尤為顯著。電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(huì)干擾紙帶運(yùn)動(dòng)。關(guān)于電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)周期會(huì)受到紙帶運(yùn)動(dòng)的干擾，可以通過以下實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析。以振子向下打點(diǎn)經(jīng)過的平衡位置為O相位，這樣在紙帶上打點(diǎn)時(shí)的相位將在附近的一點(diǎn)上，只要打點(diǎn)能保持在同一相位上，打點(diǎn)的20ms周期的等時(shí)性就能保證。當(dāng)紙帶靜止時(shí)，若電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器調(diào)節(jié)適當(dāng)，打點(diǎn)的等時(shí)性能夠得到保證，但是當(dāng)紙帶運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到打點(diǎn)針沖擊作用的紙帶對(duì)振子也產(chǎn)生反作用，從而影響到打點(diǎn)時(shí)的相位并產(chǎn)生顯著漂移，結(jié)果破壞了打點(diǎn)的等時(shí)性。使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，對(duì)打點(diǎn)相位的調(diào)節(jié)，常常是一般師生難以掌握的技術(shù)難點(diǎn)；對(duì)已調(diào)好的計(jì)時(shí)器，在使用中隨環(huán)境因素的改變，即使耗費(fèi)大量時(shí)間與精力調(diào)節(jié)，也常常難以調(diào)好，從而降低了工作的可靠性，降低了實(shí)驗(yàn)的置信度和課時(shí)利用率。使用電火花計(jì)時(shí)器時(shí)由于不需要上述調(diào)節(jié)，一般學(xué)生在2-5分鐘內(nèi)便能采集到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而可以使學(xué)生的精力集中到控制實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象產(chǎn)生的條件，以及研究分析運(yùn)動(dòng)規(guī)律上去。另夕卜，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在使用中是沒有安全問題的，而電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器長(zhǎng)期不能在教學(xué)中使用的關(guān)鍵之一就是安全問題。早期的電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(dá)80mA，對(duì)人是有生命危險(xiǎn)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(shí)熱敏紙的使用使實(shí)驗(yàn)成本提高，轉(zhuǎn)印過程中由于紙帶快速運(yùn)動(dòng)過程，導(dǎo)致上下對(duì)位不齊降低實(shí)驗(yàn)精度甚至使實(shí)驗(yàn)失敗，而對(duì)電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器而言，紙帶運(yùn)動(dòng)速度不同會(huì)造成紙帶上點(diǎn)大小的細(xì)微差別，影響測(cè)量和分析。此兩種打點(diǎn)計(jì)時(shí)器點(diǎn)頻率均為50Hz頻率不可調(diào)整，對(duì)于描述較快運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)點(diǎn)間距過大，紙帶浪費(fèi)嚴(yán)重，描述緩慢運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)點(diǎn)間距過小無法準(zhǔn)確測(cè)量。綜上所述，本技術(shù)領(lǐng)域亟需要一種新的技術(shù)方案來解決這個(gè)問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題:本實(shí)用新型提供了一種操作安全方便、可靠性高、記錄精準(zhǔn)并且頻率可調(diào)的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。本實(shí)用新型是這樣設(shè)計(jì)的:一種激光打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，包括底板、支架、紙帶限位裝置、紙帶、紙帶打點(diǎn)部件，其中紙帶打點(diǎn)部件包括激光器、會(huì)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(shè)有會(huì)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(hào)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(huì)聚鏡頭所用的鏡頭形狀為圓形。有益效果:本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了紙帶打點(diǎn)部件與紙帶的真正非接觸，不會(huì)因?yàn)榧垘c部件之間產(chǎn)生摩擦力而影響實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度，激光打點(diǎn)清晰分辨，測(cè)試方便準(zhǔn)確，同時(shí)打點(diǎn)頻率可調(diào)節(jié)，便于驗(yàn)證不同速度實(shí)驗(yàn)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(diào)試，從而達(dá)到提高實(shí)驗(yàn)效率和課時(shí)利用率。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明:


圖1是本實(shí)用新型一種激光打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-底板、2-支架、3-激光器、4-會(huì)聚鏡頭、5-紙帶限位裝置、6-紙帶、7-激光控制電源。
具體實(shí)施方式
由
圖1可知一種激光打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，包括底板1、支架2、紙帶限位裝置5、紙帶6、紙帶打點(diǎn)部件，其中紙帶打點(diǎn)部件包括激光器3、會(huì)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(shè)有會(huì)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(shí)施I激光打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(dāng)實(shí)驗(yàn)需反映紙帶高速所述紙帶高速運(yùn)動(dòng)狀況時(shí)IOOHz脈沖輸出，慢速運(yùn)動(dòng)時(shí)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(shí)施2激光打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(shí)現(xiàn)0-200HZ無極變頻輸出脈沖激光，當(dāng)實(shí)驗(yàn)需反映紙帶高速所述紙帶高速運(yùn)動(dòng)狀況時(shí)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(shè)有頻率顯示器，紙帶采用黑色塑料制成。實(shí)施3激光打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(shí)現(xiàn)0-200HZ無極變頻輸出脈沖激光，當(dāng)實(shí)驗(yàn)需反映紙帶高速所述紙帶高速運(yùn)動(dòng)狀況時(shí)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(shè)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(hào)，打開激光控制電源7，拉動(dòng)紙帶6，讀取點(diǎn)數(shù)。
權(quán)利要求1.一種激光打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(diǎn)部件，其中紙帶打點(diǎn)部件包括激光器(3)、會(huì)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(shè)有會(huì)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(quán)利要求1所述的一種激光打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，其特征在于:所述的激光器(3)的型號(hào)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(quán)利要求1所述的一種激光打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，其特征在于:所述的會(huì)聚鏡頭(4)所用的鏡頭形狀為圓形。 ·
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種激光打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，屬于物理實(shí)驗(yàn)計(jì)時(shí)器領(lǐng)域，包括底板、支架、紙帶限位裝置、紙帶、紙帶打點(diǎn)部件，其中紙帶打點(diǎn)部件包括激光器、會(huì)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(shè)有會(huì)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(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了紙帶打點(diǎn)部件與紙帶的真正非接觸，不會(huì)因?yàn)榧垘c部件之間產(chǎn)生摩擦力而影響實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度，激光打點(diǎn)清晰分辨，測(cè)試方便準(zhǔn)確，同時(shí)打點(diǎn)頻率可調(diào)節(jié)，便于驗(yàn)證不同速度實(shí)驗(yàn)范圍，無需使用專用特殊紙帶，并且無需任何調(diào)試，從而達(dá)到提高實(shí)驗(yàn)效率和課時(shí)利用率。
文檔編號(hào)G09B23/06GK203118296SQ20132013836
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月25日
發(fā)明者馮馨樂 申請(qǐng)人:馮馨樂