本發(fā)明涉及物理測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種PT相變演示裝置。

背景技術(shù)：

耦合振動(dòng)是指幾個(gè)互相獨(dú)立的振動(dòng)通過力、電場或磁場等方式發(fā)生關(guān)聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)振動(dòng)間能量轉(zhuǎn)換的過程。耦合振動(dòng)現(xiàn)象普遍存在，它可能產(chǎn)生危害，也可以被利用。

通過在張緊的懸繩上，對(duì)稱地系牢2個(gè)擺長和質(zhì)量都相同的震動(dòng)擺，可以構(gòu)成一個(gè)耦合受迫振動(dòng)系統(tǒng)?，F(xiàn)有技術(shù)中，利用上述耦合受迫振動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使用高頻攝像機(jī)高速攝像來記錄擺錘的運(yùn)動(dòng)，通過后期對(duì)圖像的處理可以獲得擺錘的運(yùn)動(dòng)軌跡。通過改變實(shí)驗(yàn)條件，對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行對(duì)比分析，可以發(fā)現(xiàn)PT(Parity and time-reversal)對(duì)稱相向破壞的PT對(duì)稱相的變化，即PT相變。由于采用攝像機(jī)對(duì)耦合振動(dòng)的過程進(jìn)行記錄，運(yùn)動(dòng)軌跡的獲取需要進(jìn)行后期處理，不能現(xiàn)場用圖形演示PT相變的過程，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程時(shí)間較長。

因此，如何提出一種PT相變演示裝置，不僅能夠模擬耦合擺的振動(dòng)耦合和能量轉(zhuǎn)換過程，還可以現(xiàn)場觀察到PT相變，提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的效率并縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間成為業(yè)界亟待解決的重要課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供一種PT相變演示裝置。

本發(fā)明提供一種PT相變演示裝置，包括：

第一支架、第二支架、懸繩、滑輪、負(fù)載、第一振動(dòng)擺、第二振動(dòng)擺、擺動(dòng)檢測模塊、測距模塊、能量調(diào)節(jié)模塊、控制模塊和繪圖模塊；

所述第一支架和所述第二支架平行設(shè)置，所述第一支架上部安裝所述滑輪，所述懸繩一端固定在所述第二支架上部，另一端通過所述滑輪連接所述負(fù)載，所述懸繩在所述第二支架上的固定端的高度與所述懸繩與所述滑輪接觸的最高點(diǎn)的高度相等；

所述第一振動(dòng)擺和所述第二振動(dòng)擺的擺線長度相同，且擺錘質(zhì)量相等，所述第一振動(dòng)擺和所述第二振動(dòng)擺間隔固定在所述第一支架和所述第二支架之間的所述懸繩上，所述第一振動(dòng)擺距離所述第一支架的距離與所述第二振動(dòng)擺距離所述第二支架的距離相等；

所述擺動(dòng)檢測模塊，用于在檢測到所述第一振動(dòng)擺擺動(dòng)到第一預(yù)設(shè)檢測位置時(shí)生成第一擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)，以及檢測到所述第二振動(dòng)擺擺動(dòng)到第二預(yù)設(shè)檢測位置時(shí)生成第二擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)；

所述測距模塊，用于檢測獲得所述第一振動(dòng)擺距離預(yù)設(shè)位置的第一距離和所述第二振動(dòng)擺距離所述預(yù)設(shè)位置的第二距離；

所述能量調(diào)節(jié)模塊，用于減少所述第一振動(dòng)擺的能量而增加所述第二振動(dòng)擺的能量；

所述控制模塊，用于根據(jù)所述第一擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)和所述第二擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)控制所述能量調(diào)節(jié)模塊的開啟與關(guān)閉；

所述繪圖模塊，用于接收所述第一距離和所述第二距離，并根據(jù)所述第一距離繪制所述第一振動(dòng)擺的擺動(dòng)軌跡和根據(jù)所述第二距離繪制所述第二振動(dòng)擺的擺動(dòng)軌跡；

所述擺動(dòng)檢測模塊和所述能量調(diào)節(jié)模塊分別與所述控制模塊相連，所述測距模塊與所述繪圖模塊相連。

本發(fā)明提供的PT相變演示裝置，通過擺動(dòng)檢測模塊分別生成第一擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)和第二擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)，測距模塊分別測量第一振動(dòng)擺距離預(yù)設(shè)位置的第一距離和第二振動(dòng)擺距離預(yù)設(shè)位置的第二距離，能量調(diào)節(jié)模塊減少第一振動(dòng)擺的能量而增加第二振動(dòng)擺的能量，控制模塊根據(jù)所述第一擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)和所述第二擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)控制所述能量調(diào)節(jié)模塊的開啟與關(guān)閉，繪圖模塊獲得第一距離和第二距離，并根據(jù)第一距離繪制第一振動(dòng)擺的擺動(dòng)軌跡和根據(jù)第二距離繪制第二振動(dòng)擺的擺動(dòng)軌跡，提高了對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理效率并縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例PT相變演示裝置的主視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一實(shí)施例PT相變演示裝置的A向結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3a為本發(fā)明一實(shí)施例第一振動(dòng)擺的擺動(dòng)軌跡示意圖；

圖3b為本發(fā)明一實(shí)施例第二振動(dòng)擺的擺動(dòng)軌跡示意圖；

圖4a為本發(fā)明另一實(shí)施例第一振動(dòng)擺的擺動(dòng)軌跡示意圖；

圖4b為本發(fā)明另一實(shí)施例第二振動(dòng)擺的擺動(dòng)軌跡示意圖；

圖5a為本發(fā)明又一實(shí)施例第一振動(dòng)擺的擺動(dòng)軌跡示意圖；

圖5b為本發(fā)明又一實(shí)施例第二振動(dòng)擺的擺動(dòng)軌跡示意圖；

附圖標(biāo)記說明：

1-第一支架； 2-懸繩；

3-滑輪； 4-負(fù)載；

5-第一振動(dòng)擺； 6-第二振動(dòng)擺；

7-擺動(dòng)檢測模塊； 8-測距模塊；

9-能量調(diào)節(jié)模塊； 10-第二支架。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例PT相變演示裝置的主視結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本發(fā)明一實(shí)施例PT相變演示裝置的A向結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1和圖2所示，本發(fā)明提供的PT相變演示裝置包括：第一支架1、第二支架10、懸繩2、滑輪3、負(fù)載4、第一振動(dòng)擺5、第二振動(dòng)擺6、擺動(dòng)檢測模塊7、測距模塊8、能量調(diào)節(jié)模塊9、控制模塊和繪圖模塊；

第一支架1和第二支架10平行設(shè)置，第一支架1上部安裝滑輪3，懸繩2一端固定在第二支架10上部，另一端通過滑輪3連接負(fù)載4，懸繩2在第二支架10上的固定端的高度與懸繩2與滑輪3接觸的最高點(diǎn)的高度相等；其中，第一支架1和第二支架10之間的距離可以設(shè)置為75厘米。

第一振動(dòng)擺5和第二振動(dòng)擺6均包括擺線和擺錘兩部分，擺線和擺錘固定連接，且第一振動(dòng)擺5和第二振動(dòng)擺6的擺線長度相同，且擺錘質(zhì)量相等，所述擺線長度優(yōu)選38厘米，所述擺錘質(zhì)量優(yōu)選20克，第一振動(dòng)擺5和第二振動(dòng)擺6間隔固定在第一支架1和第二支架10之間的懸繩2上，第一振動(dòng)擺5和第二振動(dòng)擺6之間的距離可以設(shè)置為18厘米，且第一振動(dòng)擺5距離第一支架1的距離與第二振動(dòng)擺6距離第二支架10的距離相等；

擺動(dòng)檢測模塊7用于在檢測到第一振動(dòng)擺5擺動(dòng)到第一預(yù)設(shè)檢測位置時(shí)生成第一擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)，以及檢測到第二振動(dòng)擺6擺動(dòng)到第二預(yù)設(shè)檢測位置時(shí)生成第二擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)，所述第一擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)表明第一振動(dòng)擺5經(jīng)過所述第一預(yù)設(shè)檢測位置，所述第二擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)表明第二振動(dòng)擺6經(jīng)過所述第二預(yù)設(shè)檢測位置，為了便于檢測第一振動(dòng)擺5和第二振動(dòng)擺6的擺動(dòng)狀態(tài)，可以將第一振動(dòng)擺5擺動(dòng)的最低點(diǎn)設(shè)置為所述第一預(yù)設(shè)檢測位置，可以將第二振動(dòng)擺6擺動(dòng)的最低點(diǎn)設(shè)置為所述第二預(yù)設(shè)檢測位置；測距模塊8用于檢測獲得第一振動(dòng)擺5距離預(yù)設(shè)位置的第一距離和第二振動(dòng)擺6距離所述預(yù)設(shè)位置的第二距離；能量調(diào)節(jié)模塊9用于減少第一振動(dòng)擺5的能量而增加第二振動(dòng)擺6的能量；所述控制模塊用于根據(jù)所述第一擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)和所述第二擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)控制所述能量調(diào)節(jié)模塊的開啟與關(guān)閉；所述繪圖模塊用于接收所述第一距離和所述第二距離，并根據(jù)所述第一距離繪制第一振動(dòng)擺5的擺動(dòng)軌跡和根據(jù)所述第二距離繪制第二振動(dòng)擺6的擺動(dòng)軌跡；擺動(dòng)檢測模塊7和能量調(diào)節(jié)模塊9分別與所述控制模塊相連，測距模塊8與所述繪圖模塊相連。

第一支架1用于安裝滑輪3，第二支架10用于固定懸繩2的一端，負(fù)載4用于調(diào)節(jié)懸繩2的張力，可采用砝碼或者施力裝置，所述施力裝置可以連續(xù)調(diào)節(jié)懸繩2的張力，懸繩2具有彈性，可以采用尼龍繩，便于進(jìn)行張力調(diào)節(jié)，通過懸繩2可以實(shí)現(xiàn)第一振動(dòng)擺5和第二振動(dòng)擺6的耦合，第一振動(dòng)擺5和第二振動(dòng)擺6用于演示耦合受迫振動(dòng)。

本發(fā)明提供的PT相變演示裝置，在不施加磁力的理想狀態(tài)下，如果第一振動(dòng)擺5初始擺幅為極大值，第二振動(dòng)擺6自由下垂且靜止，在受迫振動(dòng)過程中隨著時(shí)間變化，第一振動(dòng)擺5和第二振動(dòng)擺6的相位是交替變化的，第一振動(dòng)擺5和第二振動(dòng)擺6的振幅跟隨著相位的變化而改變，在受迫振動(dòng)過程中沒有能量損失的話，能量由第一振動(dòng)擺5傳遞到第二振動(dòng)擺6，第二振動(dòng)擺6的極大值應(yīng)與第一振動(dòng)擺5的初始振幅相同。在第二振動(dòng)擺6振幅達(dá)到極大值后，能量由第二振動(dòng)擺6傳遞到第一振動(dòng)擺5，之后受迫振動(dòng)過程與能量由第一振動(dòng)擺5傳遞到第二振動(dòng)擺6的振動(dòng)過程相反。在施加磁力的受迫振動(dòng)過程中，在能量由第一振動(dòng)擺5傳遞到第二振動(dòng)擺6的過程中，使第一振動(dòng)擺5周期性地減少部分能量，而使第二振動(dòng)擺6周期性地增加同樣多的能量；而在能量由第二振動(dòng)擺6傳遞到第一振動(dòng)擺5的過程中，依然使第一振動(dòng)擺5周期性地減少部分能量，而使第二振動(dòng)擺6周期性地增加同樣多的能量；合理設(shè)置懸繩2的張力以及周期性調(diào)節(jié)第一振動(dòng)擺5和第二振動(dòng)擺6的能量，可以通過所述繪圖模塊觀察到PT對(duì)稱相，在觀察到PT對(duì)稱相的基礎(chǔ)上，通過增加懸繩2的張力以削弱第一振動(dòng)擺5和第二振動(dòng)擺6的耦合程度，以及增加周期性調(diào)節(jié)的第一振動(dòng)擺5和第二振動(dòng)擺6的能量，可以通過所述繪圖模塊觀察到破壞的PT對(duì)稱相，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)PT相變的演示。

為了更好的理解本發(fā)明提供的PT相變演示裝置，下面對(duì)本發(fā)明提供的PT相變演示裝置的演示過程進(jìn)行說明。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示前，需要如圖1和圖2所示，設(shè)置所述PT相變演示裝置，連接裝置的各個(gè)部分，檢查擺動(dòng)檢測模塊7、測距模塊8、能量調(diào)節(jié)模塊9、所述繪圖模塊和所述控制模塊是否正常工作。演示時(shí)，首先將第一振動(dòng)擺5設(shè)置在與第一支架1和第二支架10所在平面呈預(yù)設(shè)角度位置且靜止，所述預(yù)設(shè)角度可以為10度，而將第二振動(dòng)擺6設(shè)置在振幅最小位置并稍微偏向與第一振動(dòng)擺5擺動(dòng)方向，以保證第二振動(dòng)擺6的擺動(dòng)方向與第一振動(dòng)擺5的擺動(dòng)方向相反；然后，同時(shí)自由釋放第一振動(dòng)擺5和第二振動(dòng)擺6；在第一振動(dòng)擺5和第二振動(dòng)擺6的擺動(dòng)過程中，擺動(dòng)檢測模塊7檢測到所述第一振動(dòng)擺擺動(dòng)到所述第一預(yù)設(shè)檢測位置時(shí)生成第一擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)，以及檢測到所述第二振動(dòng)擺擺動(dòng)到所述第二預(yù)設(shè)檢測位置時(shí)生成第二擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)，為了便于檢測第一振動(dòng)擺5和第二振動(dòng)擺6的擺動(dòng)狀態(tài)，可以分別在第一振動(dòng)擺5和第二振動(dòng)擺6擺動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)檢測擺動(dòng)狀態(tài)，根據(jù)所述第一擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)可以獲得第一振動(dòng)擺5的第一擺動(dòng)次數(shù)，根據(jù)所述第二擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)可以獲得第二振動(dòng)擺5的第二擺動(dòng)次數(shù)，所述控制模塊根據(jù)所述第一擺動(dòng)次數(shù)或者第二擺動(dòng)次數(shù)控制所述能量調(diào)節(jié)模塊的開啟與關(guān)閉，即在實(shí)驗(yàn)過程中，所述控制模塊在第一振動(dòng)擺5奇數(shù)次擺動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)控制能量調(diào)節(jié)模塊9減少第一振動(dòng)擺5的能量，而在第二振動(dòng)擺6奇數(shù)次擺動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)控制能量調(diào)節(jié)模塊9增強(qiáng)第二振動(dòng)擺6的能量；測距模塊8分別測量所述第一振動(dòng)擺距離所述預(yù)設(shè)位置的第一距離和所述第二振動(dòng)擺距離所述預(yù)設(shè)位置的第二距離，所述繪圖模塊接收測距模塊8發(fā)送的所述第一距離和所述第二距離，并根據(jù)所述第一距離繪制所述第一振動(dòng)擺的擺動(dòng)軌跡，根據(jù)所述第二距離繪制所述第二振動(dòng)擺的擺動(dòng)軌跡。通過合理設(shè)置懸繩2的張力、能量調(diào)節(jié)模塊9增加以及減少的能量，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)過程，即可實(shí)現(xiàn)PT相變的演示。為了便于實(shí)驗(yàn)，擺動(dòng)檢測模塊7和能量調(diào)節(jié)模塊9可以分別采用獨(dú)立電源供電，所述獨(dú)立電源可充電，提供擺動(dòng)檢測模塊7和能量調(diào)節(jié)模塊9所需的額定直流電壓。

本發(fā)明提供的PT相變演示裝置，通過擺動(dòng)檢測模塊分別生成第一擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)和第二擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)，測距模塊分別測量第一振動(dòng)擺距離預(yù)設(shè)位置的第一距離和第二振動(dòng)擺距離預(yù)設(shè)位置的第二距離，能量調(diào)節(jié)模塊減少第一振動(dòng)擺的能量而增加第二振動(dòng)擺的能量，控制模塊根據(jù)所述第一擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)和所述第二擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)控制所述能量調(diào)節(jié)模塊的開啟與關(guān)閉，繪圖模塊獲得第一距離和第二距離，并根據(jù)第一距離繪制第一振動(dòng)擺的擺動(dòng)軌跡和根據(jù)第二距離繪制第二振動(dòng)擺的擺動(dòng)軌跡，提高了對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理效率并縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，擺動(dòng)檢測模塊7包括一對(duì)激光發(fā)射器和激光接收器以及兩個(gè)擋光片，所述兩個(gè)擋光片分別固定在第一振動(dòng)擺5和第二振動(dòng)擺6的擺錘底部；所述一對(duì)激光發(fā)射器和激光接收器固定設(shè)置在同一直線上，在第一振動(dòng)擺5或者第二振動(dòng)擺6位于最低點(diǎn)時(shí)，所述擋光片遮擋所述激光器產(chǎn)生的激光束。

具體地，擺動(dòng)檢測模塊7包括一對(duì)激光發(fā)射器和激光接收器，所述一對(duì)激光發(fā)射器以及所述激光接收器固定設(shè)置在同一直線上，當(dāng)所述激光發(fā)射器接通電源后，可以產(chǎn)生直徑2mm的激光束，所述激光接收器可以接收所述激光發(fā)射器發(fā)射的激光束。擺動(dòng)檢測模塊7還包括兩個(gè)擋光片，所述擋光片分別固定在第一振動(dòng)擺5和第二振動(dòng)擺6的擺錘底部，在第一振動(dòng)擺5或者第二振動(dòng)擺6位于最低點(diǎn)時(shí)，所述擋光片遮擋一個(gè)所述激光器產(chǎn)生的激光束。所述激光接收器有一個(gè)輸出端口，可以輸出電壓。如果所述擋光片遮擋所述激光發(fā)射器發(fā)射的激光束，所述激光接收器的輸出端口產(chǎn)生高電平，否則產(chǎn)生低電平。根據(jù)所述高電平或者低電平即可記錄第一振動(dòng)擺5或者第二振動(dòng)擺6的擺動(dòng)次數(shù)，由于在第一振動(dòng)擺5位于最低點(diǎn)時(shí)，所述擋光片遮擋所述激光器產(chǎn)生的激光束，所以在所述激光接收器產(chǎn)生高電平時(shí)，第一振動(dòng)擺5位于最低點(diǎn)，同理第二振動(dòng)擺6對(duì)應(yīng)的所述激光接收器產(chǎn)生高電平時(shí)，第二振動(dòng)擺6位于最低點(diǎn)。

在上述各實(shí)施例的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，測距模塊8包括兩個(gè)超聲測距單元、反射板和計(jì)算單元，所述兩個(gè)超聲測距單元分別固定設(shè)置在第一振動(dòng)擺5和第二振動(dòng)擺6上，所述反射板設(shè)置在所述預(yù)設(shè)位置，所述計(jì)算單元分別與所述兩個(gè)超聲測距單元相連，用于計(jì)算獲得所述第一距離和所述第二距離。

具體地，為了檢測獲得所述第一距離和所述第二距離，分別在第一振動(dòng)擺5和第二振動(dòng)擺6上固定設(shè)置所述超聲測距單元，例如可以固定設(shè)置在第一振動(dòng)擺5和第二振動(dòng)擺6的擺錘上，并在預(yù)設(shè)位置處設(shè)置所述反射板，所述反射板能夠發(fā)射所述超聲測距單元產(chǎn)生的超聲波且不影響所述第一振動(dòng)擺5和第二震動(dòng)擺6的擺動(dòng)。在第一振動(dòng)擺5和第二振動(dòng)擺6擺動(dòng)的過程中，所述超聲測距單元自動(dòng)每間隔預(yù)設(shè)時(shí)間向所述反射板發(fā)射超聲波，并且自動(dòng)接收反射回來的信號(hào)，從而獲得超聲測距單元發(fā)射和接收所述超聲波的時(shí)間數(shù)據(jù)，所述計(jì)算單元根據(jù)從所述超聲測距單元獲得的所述時(shí)間數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出第一振動(dòng)擺5距離所述反射板的第一距離和第二振動(dòng)擺6距離所述反射板的第二距離。所述反射板的預(yù)設(shè)位置可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置，本發(fā)明實(shí)施例不做限定。

所述計(jì)算單元可以采用設(shè)置在Arduino開發(fā)板上的可編程運(yùn)算及控制器，在接收到超聲測距單元發(fā)射的時(shí)間數(shù)據(jù)后，根據(jù)設(shè)定的公式計(jì)算出所述第一距離和第二距離。

在上述各實(shí)施例的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，能量調(diào)節(jié)模塊9包括兩個(gè)電磁鐵、兩個(gè)繼電器和兩個(gè)鐵片，所述兩個(gè)鐵片分別設(shè)置在第一振動(dòng)擺5和第二振動(dòng)擺6的擺線上，設(shè)置在第一振動(dòng)擺5上的鐵片距離第一振動(dòng)擺5在懸繩2上的固定端預(yù)設(shè)距離，設(shè)置在第二振動(dòng)擺6上的鐵片距離第二振動(dòng)擺6在懸繩2上的固定端所述預(yù)設(shè)距離，所述兩個(gè)電磁鐵相對(duì)于懸繩2同側(cè)設(shè)置，且分別與所述兩個(gè)鐵片對(duì)應(yīng)設(shè)置，所述繼電器與所述電磁鐵連接，所述繼電器與所述控制模塊相連。

具體地，在實(shí)驗(yàn)中，需要使第一振動(dòng)擺5周期性地減少部分能量，而第二振動(dòng)擺6周期性地增加同樣多的能量，分別在第一振動(dòng)擺5和第二振動(dòng)擺6的擺線上設(shè)置鐵片，設(shè)置在所述第一振動(dòng)擺上的鐵片距離所述第一振動(dòng)擺在所述懸繩上的固定端預(yù)設(shè)距離，設(shè)置在所述第二振動(dòng)擺上的鐵片距離所述第二振動(dòng)擺在所述懸繩上的固定端所述預(yù)設(shè)距離，所述預(yù)設(shè)距離可以為10厘米，所述預(yù)設(shè)距離根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置，本發(fā)明實(shí)施例不做限制。所述兩個(gè)電磁鐵相對(duì)于所述懸繩同側(cè)設(shè)置，且分別與所述兩個(gè)鐵片一一對(duì)應(yīng)，所述電磁鐵可以通過支撐架設(shè)置在與所述鐵片對(duì)應(yīng)的位置，在第一振動(dòng)擺5或者第二振動(dòng)擺6自由下垂時(shí)，所述鐵片與所述電磁鐵中心的距離可以設(shè)定為3厘米。與第一振動(dòng)擺5的擺線上的鐵片對(duì)應(yīng)設(shè)置的所述電磁鐵，與一個(gè)所述繼電器連接，在第一振動(dòng)擺5遠(yuǎn)離所述電磁鐵方向擺動(dòng)時(shí)通電吸引所述鐵片，例如通電30ms，從而實(shí)現(xiàn)減少第一振動(dòng)擺5的能量，而與第二振動(dòng)擺6的擺線上的鐵片對(duì)應(yīng)設(shè)置的所述電磁鐵，與另一個(gè)所述繼電器連接，在第二振動(dòng)擺6靠近所述電磁鐵方向擺動(dòng)時(shí)通電吸引所述鐵片，例如通電30ms，從而實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)第二振動(dòng)擺6的能量。所述繼電器與所述控制模塊相連，所述控制模塊通過所述繼電器對(duì)能量調(diào)節(jié)模塊9進(jìn)行控制

在實(shí)驗(yàn)中，所述電磁鐵通過設(shè)置高低檔位，實(shí)現(xiàn)對(duì)第一振動(dòng)擺5減少的能量或者第二振動(dòng)擺6增加的能量的調(diào)節(jié)，所述電磁鐵的高低檔位可以通過如下方式實(shí)現(xiàn)：在與電磁鐵串聯(lián)的電路中增加一個(gè)帶有電阻的支路，若要使用低檔位，則使電磁鐵與電阻串聯(lián)，由于電阻分壓而降低電磁鐵工作電壓；若使用高檔位則連接不帶電阻的干路，使電磁鐵電壓為額定電壓?？衫斫獾氖?，通過更改電阻的值即可實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁鐵磁力的調(diào)節(jié)。

在上述各實(shí)施例的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，所述控制模塊包括獲取單元、可編程運(yùn)算及控制器單元和輸出單元，所述獲取單元和所述輸出單元分別與所述可編程運(yùn)算及控制器單元連接，其中：

所述獲取單元，用于獲取所述第一擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)和所述第二擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)；所述可編程運(yùn)算及控制器單元，用于根據(jù)所述第一擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)或者所述第二擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)產(chǎn)生控制指令，所述控制指令用于控制所述能量調(diào)節(jié)模塊的開啟與關(guān)閉；所述輸出單元，用于將所述控制指令傳輸至所述能量調(diào)節(jié)模塊。

具體地，所述控制模塊可以采用Arduino開發(fā)板，所述獲取單元獲取擺動(dòng)檢測模塊7的產(chǎn)生的所述第一擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)和所述第二擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)，所述可編程運(yùn)算及控制器根據(jù)所述第一擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)或者所述第二擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)產(chǎn)生控制指令，例如所述可編程運(yùn)算及控制器根據(jù)所述第一擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)可以計(jì)算獲得第一振動(dòng)擺5的第一擺動(dòng)次數(shù)和根據(jù)所述第二擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)可以計(jì)算獲得第二振動(dòng)擺5的第二擺動(dòng)次數(shù)，當(dāng)判斷出所述第一擺動(dòng)次數(shù)或者所述第二擺動(dòng)次數(shù)是奇數(shù)時(shí)，產(chǎn)生用于控制所述能量調(diào)節(jié)模塊的控制指令，然后通過輸出單元將所述控制指令發(fā)送至所述能量調(diào)節(jié)模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)能量調(diào)節(jié)模塊的開啟和關(guān)閉控制。所述可編程控制器運(yùn)行的程序可以通過Arduino軟件上傳至Arduino開發(fā)板，所述輸出單元可以是Arduino的管腳，以高低電平的形式輸出所述控制指令，所述獲取單元可以是Arduino的管腳。

例如，在實(shí)驗(yàn)過程中，所述獲取單元獲取到所述第一擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)和所述第二擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)后，所述可編程運(yùn)算及控制器單元根據(jù)所述第一擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)計(jì)算獲得第一振動(dòng)擺5的第一擺動(dòng)次數(shù)和根據(jù)所述第二擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)計(jì)算獲得第二振動(dòng)擺5的第二擺動(dòng)次數(shù)，當(dāng)判斷出第一擺動(dòng)次數(shù)為奇數(shù)時(shí)，則通過所述輸出單元發(fā)送所述控制指令至控制能量調(diào)節(jié)模塊9減少第一振動(dòng)擺5的能量，而所述可編程運(yùn)算及控制器判斷出所述第二擺動(dòng)次數(shù)為奇數(shù)時(shí)，通過所述輸出單元發(fā)送所述控制指令至控制能量調(diào)節(jié)模塊9增加第二振動(dòng)擺6的能量。

在上述各實(shí)施例的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，所述繪圖模塊包括數(shù)據(jù)接收單元和繪圖單元，所述數(shù)據(jù)接收單元與所述繪圖單元連接，其中：

所述數(shù)據(jù)接收單元，用于接收所述第一距離和所述第二距離；

所述繪圖單元，用于根據(jù)所述第一距離繪制所述第一振動(dòng)擺的擺動(dòng)軌跡和根據(jù)所述第二距離繪制所述第二振動(dòng)擺的擺動(dòng)軌跡。

具體地，所述數(shù)據(jù)接收單元接收所述測距單元發(fā)送的所述第一距離和所述第二距離。所述繪圖單元根據(jù)所述第一距離繪制所述第一振動(dòng)擺的擺動(dòng)軌跡，并根據(jù)所述第二距離繪制所述第二振動(dòng)擺的擺動(dòng)軌跡。所述繪圖單元可以是安裝有Serial Chart繪圖軟件的PC機(jī)，所述數(shù)據(jù)接收單元可以是PC機(jī)串行端口，Serial Chart繪圖軟件可以同時(shí)接收多個(gè)串口發(fā)送的數(shù)據(jù)，并將接收到的數(shù)據(jù)顯示在軟件的“Data”框中。所述Serial Chart繪圖軟件可以根據(jù)預(yù)設(shè)的繪圖方式，將接收到的數(shù)據(jù)繪制成圖形。在本發(fā)明中，所述Serial Chart繪圖軟件可以根據(jù)接收到的第一振動(dòng)擺5的所述第一距離和第二振動(dòng)擺6的第二距離數(shù)據(jù)分別繪制出第一振動(dòng)擺5和第二振動(dòng)擺6的擺動(dòng)軌跡，并顯示在屏幕上。

在上述各實(shí)施例的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，本發(fā)明提供的PT相變演示裝置還包括工作指示模塊，所述工作指示模塊與所述控制模塊相連，其中：所述工作指示模塊用于指示所述裝置的開啟狀態(tài)與關(guān)閉狀態(tài)以及能量調(diào)節(jié)模塊9的工作狀態(tài)。

具體地，所述工作指示模塊可以包括紅藍(lán)兩種發(fā)光二極管，在所述控制模塊通電后，紅色發(fā)光二極管保持長亮，指示所述裝置處于開啟裝置，可以開始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所述紅色發(fā)光二極管不亮?xí)r，指示所述裝置處于關(guān)閉狀態(tài)。在實(shí)驗(yàn)過程中，為了便于觀察能量調(diào)節(jié)模塊9工作是否正常，可以采用藍(lán)色發(fā)光二極管指示能量調(diào)節(jié)模塊9的工作狀態(tài)，當(dāng)能量調(diào)節(jié)模塊9工作時(shí)，即削弱第一振動(dòng)擺5的能量或者增加第二振動(dòng)擺6的能量時(shí)，藍(lán)色二極管亮，當(dāng)能量調(diào)節(jié)模塊9停止工作時(shí)藍(lán)色二極管滅。因此，通過藍(lán)色發(fā)光二極管的亮滅和觀察到的第一振動(dòng)擺5和第二振動(dòng)擺6運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可以直觀地判斷能量調(diào)節(jié)模塊9是否正常工作。

在上述各實(shí)施例的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例提供的PT相變演示裝置包括第一支架1、第二支架10、懸繩2、滑輪3、負(fù)載4、第一振動(dòng)擺5、第二振動(dòng)擺6，擺動(dòng)檢測模塊7包括一對(duì)激光發(fā)射器和激光接收器以及兩個(gè)擋光片，且擺動(dòng)檢測模塊在第一振動(dòng)擺5擺動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)生成第一擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)，在第二振動(dòng)擺6擺動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)生成第二擺動(dòng)狀態(tài)信號(hào)，測距模塊8包括兩個(gè)超聲測距單元、反射板和計(jì)算單元，所述計(jì)算單元設(shè)置在Arduino開發(fā)板上；能量調(diào)節(jié)模塊9包括兩個(gè)電磁鐵、兩個(gè)繼電器和兩個(gè)鐵片、所述控制模塊采用Arduino開發(fā)板和所述繪圖模塊采用Serial Chart串口繪圖軟件，所述工作指示模塊采用紅藍(lán)兩種發(fā)光二極管。設(shè)置第一支架1和所述第二支架10之間的距離為75厘米，第一振動(dòng)擺5和第二振動(dòng)擺6之間的距離為38厘米，第一振動(dòng)擺5和第二振動(dòng)擺6的擺長均為38厘米，擺錘均為20克，所述鐵片距離懸繩的垂直距離為10厘米，在第一振動(dòng)擺5和第二振動(dòng)擺6自由下垂時(shí)，所述鐵片距離所述電磁鐵3厘米，負(fù)載4采用秤砣。利用上述PT相變演示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

圖3a為本發(fā)明一實(shí)施例第一振動(dòng)擺的擺動(dòng)軌跡示意圖，圖3b為本發(fā)明一實(shí)施例第二振動(dòng)擺的擺動(dòng)軌跡示意圖，采用上述PT相變演示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，初始負(fù)載2重量為200克，在實(shí)驗(yàn)過程中，所述能量調(diào)節(jié)模塊9不工作，即不對(duì)所述兩個(gè)電磁鐵通電，最終獲得如圖3a所示的第一振動(dòng)擺5的擺動(dòng)軌跡示意圖和如圖3b所示的第二振動(dòng)擺6的擺動(dòng)軌跡示意圖。通過圖3a和圖3b，可知拉比震蕩(Rabi oscillation)在實(shí)驗(yàn)過程中一直保持，第一振動(dòng)擺5和第二振動(dòng)擺6振幅的輕微衰減是由于摩擦力的存在。

圖4a為本發(fā)明另一實(shí)施例第一振動(dòng)擺的擺動(dòng)軌跡示意圖，圖4b為本發(fā)明另一實(shí)施例第二振動(dòng)擺的擺動(dòng)軌跡示意圖，依然采用上述PT相變演示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，更改負(fù)載2的重量為300克，以增加懸繩2的張力減少第一振動(dòng)擺5和第二振動(dòng)擺5的耦合，在實(shí)驗(yàn)過程中，使所述電磁鐵產(chǎn)生較弱磁力，即將所述電磁鐵置于低檔位，最終獲得如圖4a所示的第一振動(dòng)擺5的擺動(dòng)軌跡示意圖和如圖4b所示的第二振動(dòng)擺6的擺動(dòng)軌跡示意圖。通過圖4a和圖4b，可知拉比震蕩在實(shí)驗(yàn)過程中依然存在，在實(shí)驗(yàn)過程中系統(tǒng)處于PT對(duì)稱。

圖5a為本發(fā)明又一實(shí)施例第一振動(dòng)擺的擺動(dòng)軌跡示意圖，圖5b為本發(fā)明又一實(shí)施例第二振動(dòng)擺的擺動(dòng)軌跡示意圖，還采用上述PT相變演示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，增加負(fù)載2重量至800克，進(jìn)一步增加懸繩2的張力從而進(jìn)一步削弱第一振動(dòng)擺5和第二振動(dòng)擺5的耦合之間的耦合，在實(shí)驗(yàn)過程中，使所述電磁鐵產(chǎn)生更強(qiáng)的磁力，即將所述電磁鐵置于高檔位，并最終獲得如圖5a所示的第一振動(dòng)擺5的擺動(dòng)軌跡示意圖和如圖5b所示的第二振動(dòng)擺6的擺動(dòng)軌跡示意圖。通過圖5a和圖5b，觀察到第一振動(dòng)擺5和第二振動(dòng)擺6的振幅均接近某一固定值并保持不變，可知Rabi震蕩已經(jīng)停止，此時(shí)PT對(duì)稱已經(jīng)被破壞，也就是系統(tǒng)從未破壞的PT對(duì)稱相向破壞的PT對(duì)稱相的轉(zhuǎn)變，即發(fā)生了PT相變。

最后應(yīng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。