專利名稱：多種傳感器在檢測技術(shù)中的應(yīng)用物理演示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于物理原理演示與應(yīng)用領(lǐng)域，是一種將多種傳感器在檢測技術(shù)中的應(yīng)用通過一套機械傳動裝置，將自動檢測計量結(jié)果、所實現(xiàn)的控制，生動、形象展現(xiàn)出來，從而揭示了幾種常見傳感器的物理原理及其在檢測技術(shù)中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
物理演示實驗教學(xué)是大學(xué)物理教學(xué)中不可缺少的重要教學(xué)手段。高校幾乎都開設(shè)。目前國內(nèi)的演示實驗儀器都偏重原理、基本概念的演示，反映傳感器在檢測技術(shù)中的應(yīng)用方面的物理演示儀器幾乎空白。在物理演示實驗中，增加這方面的內(nèi)容，可以使學(xué)生將物理學(xué)理論與工程實際應(yīng)用有機結(jié)合起來，激發(fā)低年級學(xué)生對專業(yè)學(xué)習的興趣，可以拓展低年級本科生的知識結(jié)構(gòu)，有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性，讓學(xué)生受到科研工作的基本訓(xùn)練，全面提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和綜合能力。 本實用新型即為演示幾種傳感器的原理及在檢測技術(shù)中的應(yīng)用和控制的物理演示教學(xué)裝置。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種多傳感器在檢測技術(shù)中的應(yīng)用物理演示裝置。主要由底座平臺和用于采集信息的傳感器以及控制系統(tǒng)組成，其特征在于，所述傳感器包括光電編碼器、光電傳感器、霍爾傳感器、位置敏感器件PSD和電容式接近開關(guān)；光電編碼器和步進電機⑴相連，用于測量步進電機⑴的轉(zhuǎn)速、角速度和角度；光電傳感器的發(fā)射端(15)和光電傳感器接收端(18)分別固定在光電傳感器支座1(16)和光電傳感器支座11(17)上，用于控制步進電機(I)的轉(zhuǎn)速；霍爾傳感器(21)用于測量與從動皮帶輪(11)同軸固定的轉(zhuǎn)盤(20)的轉(zhuǎn)速；位置敏感器件PSD (12)固定于位置敏感器件PSD支座(22)上，用于判斷固定于同步齒形帶(9)上的激光筆(10)的位置；電容式接近開關(guān)(13)固定于電容式接近開關(guān)支座(23)上，用于實現(xiàn)激光筆(10)經(jīng)過次數(shù)的計數(shù)。本實用新型發(fā)明是一個以步進電機(I)驅(qū)動同步齒形帶(9)為基本模型，配合多種傳感器以測量和控制這一基本模型的相關(guān)物理量。本實用新型發(fā)明所述的步進電機(I)固定于步進電機支座⑵上，光電編碼器(5)和步進電機⑴相連，用于測量步進電機(I)的轉(zhuǎn)速、角速度和角度，并將測量信息顯示于數(shù)據(jù)顯示區(qū)(8)。由于光電編碼器(5)同時與主動皮帶輪(6)相連，而主動皮帶輪(6)的直徑已知，這樣通過光電編碼器(5)的角速度與轉(zhuǎn)角也能夠測量同步齒形帶(9)的移動線速度。所述的霍爾傳感器(21)固定于霍爾傳感器支座(19)上，固定在從動皮帶輪(11)同軸的轉(zhuǎn)盤(20)上有小磁鐵(14)，霍爾傳感器(21)通過檢測小磁鐵(14)的磁場，實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤(20)的轉(zhuǎn)速測量。由于從動皮帶輪(11)和主動皮帶輪(6)幾何參數(shù)相同，所以其轉(zhuǎn)速相同。這樣通過比較霍爾傳感器(21)和光電編碼器(5)的檢測結(jié)果，使學(xué)生了解同一個物理量用不同傳感器計量，所測量的精度不同，成本差異很大。[0007]所述光電傳感器的發(fā)射端(15)和光電傳感器接收端(18)分別固定在同步齒形帶
(9)兩側(cè)的光電傳感器支座I (16)和光電傳感器支座II (17)上，當光電傳感器發(fā)射端(15)和光電傳感器接收端(18)間無物體遮擋時,光電傳感器發(fā)射端(15)發(fā)出的光線能夠被光電傳感器接收端(18)接收，光電傳感器接收端(18)有高電平輸出；當光電傳感器發(fā)射端(15)和光電傳感器接收端(18)間有物體遮擋時，光電傳感器發(fā)射端(15)發(fā)出的光線不能夠被光電傳感器接收端(18)接收，光電傳感器接收端(18)有低電平輸出，這樣通過高低電平的輸出來控制步進電機(I)的轉(zhuǎn)速，模擬商場和公共場所的自動節(jié)能扶梯有人與無人乘梯時運行速度快慢的不同。所述同步齒形帶(9)上固定了激光筆(10)，在與同步齒形帶(9)上平面等高并且垂直的一定距離處安裝位置敏感器件PSD (12)，位置敏感器件PSD (12)固定在位置敏感器件PSD支座(22)上，固定于同步齒形帶(9)上的激光筆(10)發(fā)出的光照射到位置敏感器件PSD(12)上，當激光筆(10)在不同位置時，位置敏感器件PSD(12)的輸出信號不同，位置敏感器件PSD (12)通過處理實現(xiàn)對激光筆(10)的位置判斷及定位。數(shù)據(jù)顯示區(qū)(8)顯示 激光筆(10)的位置。所述同步齒形帶(9)側(cè)邊安裝了電容式接近開關(guān)(13)，電容式接近開關(guān)(13)固定于電容式接近開關(guān)支座(23)上，當激光筆(10)經(jīng)過時，電容式接近開關(guān)(13)的介電常數(shù)發(fā)生變化，這樣就可以實現(xiàn)對激光筆通過次數(shù)的自動計數(shù)，模擬生產(chǎn)線上自動計量產(chǎn)品的數(shù)量。本實用新型發(fā)明所述的控制系統(tǒng)都安裝于底座平臺⑷中，測量的結(jié)果和運行的狀態(tài)通過數(shù)據(jù)顯示區(qū)(8)顯示。鍵盤輸入?yún)^(qū)(7)可以輸入相關(guān)的信息與演示，操作十分簡便，演示現(xiàn)象非常直觀。該演示裝置還配有教學(xué)軟件，查閱可更詳細了解各種傳感器的原理、應(yīng)用、參數(shù)及適用范圍。本專利的有益效果是清晰的演示了多種常見傳感器的工作原理和控制過程，直觀、生動的演示加深學(xué)生對每種傳感器在檢測技術(shù)上的應(yīng)用的了解。同時，使學(xué)生能了解同一個物理量用不同傳感器計量，所測量的精度不同，成本差異很大，培養(yǎng)學(xué)生具體問題具體分析的習慣和加強工程意識。

圖I總體結(jié)構(gòu)正面示意圖圖2總體結(jié)構(gòu)后側(cè)面示意圖圖3光電編碼器測量轉(zhuǎn)速、角速度、角度示意圖圖4霍爾傳感器測量轉(zhuǎn)速示意圖圖5電容式接近開關(guān)實現(xiàn)計數(shù)示意圖圖6固定光電傳感器組示意圖圖7光電自動定位示意圖I-步進電機2-步進電機支座3-聯(lián)軸節(jié)4-底座平臺5-光電編碼器6_主動皮帶輪7-鍵盤輸入?yún)^(qū)8-數(shù)據(jù)顯示區(qū)9-同步齒形帶10-激光筆11-從動皮帶輪12-位置敏感器件PSD13-電容式接近開關(guān)14-小磁鐵15-光電傳感器發(fā)射端16-光電傳感器支座I 17-光電傳感器支座II 18-光電傳感器接收端19-霍爾傳感器支座20-轉(zhuǎn)盤21-霍爾傳感器22-位置敏感器件PSD支座23-電容式接近開關(guān)支座24-控制系統(tǒng)25-主動皮帶輪軸承支座26-從動皮帶輪軸承支座
具體實施方式
以下結(jié)合附圖所示實施例進一步說明本實用新型的具體內(nèi)容及實施方式。根據(jù)圖I和圖2所述，當在鍵盤輸入?yún)^(qū)(7)輸入運行指令后，步進電機⑴以較慢的速度運行，同時，各傳感器開始正常工作，在數(shù)據(jù)顯示區(qū)(8)分別顯示光電編碼器(5)檢測的步進電機(I)的轉(zhuǎn)速、角速度、角度和同步齒形帶(9)的線速度結(jié)果，霍爾傳感器(21)檢測的轉(zhuǎn)盤(20)轉(zhuǎn)速結(jié)果，電容式接近開關(guān)(13)檢測的激光筆(10)通過電容式接近開關(guān)
(13)次數(shù)的計數(shù)結(jié)果，步進電機(I)運行的狀態(tài)參數(shù)。當激光筆(10)運行至位置敏感器件PSD(12)位置時，數(shù)據(jù)顯示區(qū)(8)顯示激光筆(10)運行位置。當用手遮擋光電傳感器發(fā)射端(15)和光電傳感器接收端(18)時，步進電機(I)加速，在延時一段時間后，步進電機(I) 又開始緩慢轉(zhuǎn)動，從而模擬出商場和公共場所的自動節(jié)能扶梯在有人與無人乘梯時運行速度快慢不同。本實用新型實施具體采用如下的技術(shù)路線I、光電編碼器測量轉(zhuǎn)速、角速度、角度、線位移的技術(shù)路線根據(jù)圖3所示，步進電機⑴固定在步進電機支座(2)上，步進電機⑴的輸出軸通過聯(lián)軸節(jié)⑶與光電編碼器(5)輸入軸相連，用于測量步進電機⑴的轉(zhuǎn)速、角速度和角度，并將測量信息顯示于數(shù)據(jù)顯示區(qū)(8)。編碼器(5)的輸出軸連接主動皮帶輪￠)，主動皮帶輪旋轉(zhuǎn)軸用主動皮帶輪軸承支座(25)支撐，當步進電機(I)轉(zhuǎn)動時，帶動光電編碼器
(5)轉(zhuǎn)動，光電編碼器(5)將角位置等信息輸送至光電編碼器控制系統(tǒng)(24)，同時，控制系統(tǒng)(24)與數(shù)據(jù)顯示區(qū)(8)相連，用于顯示步進電機(I)的轉(zhuǎn)速、角速度、角度及其同步齒形帶(9)的線速度。控制系統(tǒng)(24)也和步進電機⑴相連接，可以控制步進電機⑴的轉(zhuǎn)速。2、霍爾傳感器測量轉(zhuǎn)速的技術(shù)路線根據(jù)圖4所述，從動皮帶輪旋轉(zhuǎn)軸兩側(cè)用從動皮帶輪軸承支座(26)支撐，在從動皮帶輪(11)軸上安裝一個轉(zhuǎn)盤(20)，轉(zhuǎn)盤(20)上粘一個很薄的小磁鐵(14)，與小磁鐵
(14)中軸垂線一定距離的霍爾傳感器支座(19)上安裝霍爾傳感器(21)。當轉(zhuǎn)盤(20)轉(zhuǎn)動時，小磁鐵(14)每經(jīng)過霍爾傳感器(21)時，霍爾傳感器(21)通過檢測小磁鐵(14)的磁場，其信號會發(fā)生跳變，將其輸出的信號輸入至控制系統(tǒng)(24)中，經(jīng)過控制系統(tǒng)(24)處理后，測出轉(zhuǎn)盤(20)轉(zhuǎn)速，并顯示于數(shù)據(jù)顯示區(qū)(8)上。3、電容式接近開關(guān)自動計數(shù)的技術(shù)路線根據(jù)圖5所述，在同步齒形帶(9)旁邊安裝一個電容式接近開關(guān)(13)，電容式接近開關(guān)(13)固定于電容式接近開關(guān)支座(23)上。當激光筆(10)通過電容式接近開關(guān)(13)時，由于電容式接近開關(guān)(13)的介電常數(shù)發(fā)生變化。電容式接近開關(guān)(13)將信號輸入至控制系統(tǒng)(24)，控制系統(tǒng)(24)通過處理，記錄激光筆(10)通過次數(shù)，實現(xiàn)自動計數(shù)，同時將計數(shù)結(jié)果輸出到數(shù)據(jù)顯示區(qū)(8)顯示。4、模擬節(jié)能自動扶梯的技術(shù)路線根據(jù)圖6所述，光電傳感器安裝在從動皮帶輪(11)旁邊，當光電傳感器發(fā)射端(15)和光電傳感器接收端(18)間無物體遮擋時，光電傳感器發(fā)射端(15)發(fā)出的光線能夠被光電傳感器接收端(18)接收，光電傳感器接收端(18)有高電平輸出；當光電傳感器發(fā)射端(15)和光電傳感器接收端(18)間有物體遮擋時，光電傳感器發(fā)射端(15)發(fā)出的光線不能夠被光電傳感器接收端(18)接收，光電傳感器接收端(18)有低電平輸出，這樣通過控制系統(tǒng)(24)判斷光電傳感器接收端(18)輸出信號來判斷是否有物體遮擋，同時控制步進電機(I)的轉(zhuǎn)速，模擬商場和公共場所的自動節(jié)能扶梯有人時轉(zhuǎn)速較快，無人乘梯時運行速度慢?？刂葡到y(tǒng)(24)同時將當前的運行狀態(tài)輸出到數(shù)據(jù)顯示區(qū)(8)顯示。5、光電自動定位技術(shù)路線根據(jù)圖7所述，在同步齒形帶(9)的中間，安置激光筆(10)，在與其等高并且垂直的一定距離處安裝位置敏感器件PSD (12)。當激光筆(10)移動到位置敏感器件PSD (12)上不同位置時，固定于同步齒形帶(9)上的激光筆(10)發(fā)出的光照射到位置敏感器件PSD(12)上，位置敏感器件PSD(12)輸出信號不同。將位置敏感器件PSD(12)的輸出信號輸入至控制系統(tǒng)(24)，控制系統(tǒng)(24)經(jīng)過處理后，判斷激光筆(10)的位置，設(shè)置位置敏感器 件PSD(12)位置坐標，當激光筆(10)運行到所設(shè)位置時，電機停止運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)定位。當關(guān)閉此項功能時，其他功能正常運行。
權(quán)利要求1.一種傳感器在檢測技術(shù)中的應(yīng)用物理演示裝置，主要由底座平臺和用于采集信息的傳感器以及控制系統(tǒng)組成，其特征在于，所述傳感器包括光電編碼器、光電傳感器、霍爾傳感器、位置敏感器件PSD和電容式接近開關(guān)；光電編碼器(5)和步進電機(I)相連，用于測量步進電機(I)的轉(zhuǎn)速、角速度和角度；光電傳感器的發(fā)射端(15)和光電傳感器接收端(18)分別固定在光電傳感器支座1(16)和光電傳感器支座11(17)上，用于控制步進電機(I)的轉(zhuǎn)速；霍爾傳感器(21)用于測量與從動皮帶輪(11)同軸固定的轉(zhuǎn)盤(20)的轉(zhuǎn)速；位置敏感器件PSD (12)固定于位置敏感器件PSD支座(22)上，用于判斷固定于同步齒形帶(9)上的激光筆(10)的位置；電容式接近開關(guān)(13)固定于電容式接近開關(guān)支座(23)上，用于實現(xiàn)激光筆(10)經(jīng)過次數(shù)的計數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種傳感器在檢測技術(shù)中的應(yīng)用物理演示裝置，其特征在于，所述的光電編碼器(5)和步進電機⑴相連，用于測量步進電機⑴的轉(zhuǎn)速、角速度和角度，并將測量信息顯示于數(shù)據(jù)顯示區(qū)(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種傳感器在檢測技術(shù)中的應(yīng)用物理演示裝置，其特征在于，所述的光電傳感器發(fā)射端(15)和光電傳感器接收端(18)分別固定于光電傳感器支座I (16)和光電傳感器支座II (17)上，通過判斷光電傳感器發(fā)射端(15)和光電傳感器接收端(18)間是否有遮擋來控制步進電機(I)的轉(zhuǎn)速。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種傳感器在檢測技術(shù)中的應(yīng)用物理演示裝置，其特征在于，所述的霍爾傳感器(21)固定于霍爾傳感器支座(19)上，固定在從動皮帶輪(11)同軸的轉(zhuǎn)盤(20)上有小磁鐵(14)，霍爾傳感器(21)通過檢測小磁鐵(14)的磁場，實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤(20)的轉(zhuǎn)速測量。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種傳感器在檢測技術(shù)中的應(yīng)用物理演示裝置，其特征在于，所述的位置敏感器件PSD (12)固定在位置敏感器件PSD支座(22)上，固定于同步齒形帶(9)上的激光筆(10)發(fā)出的光照射到位置敏感器件PSD (12)上，位置敏感器件PSD (12)通過處理實現(xiàn)對激光筆(10)的位置判斷及定位。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種傳感器在檢測技術(shù)中的應(yīng)用物理演示裝置，其特征在于，所述的電容式接近開關(guān)(13)固定于電容式接近開關(guān)支座(23)上，當激光筆(10)經(jīng)過時，電容式接近開關(guān)(13)介電常數(shù)變化，實現(xiàn)對激光筆通過次數(shù)的自動計數(shù)。
專利摘要本實用新型涉及一種傳感器在檢測技術(shù)中的應(yīng)用物理演示裝置，演示多種常見傳感器的原理和應(yīng)用。該物理演示實驗裝置由底座平臺上的步進電機驅(qū)動的同步齒形帶傳動機構(gòu)、傳感器及其控制系統(tǒng)組成。傳感器包括光電編碼器、霍爾傳感器、位置敏感器件PSD、電容式接近開關(guān)和光電傳感器。連接在步進電機軸上的光電編碼器用于測量步進電機轉(zhuǎn)速、角速度及角度等。安裝在從動皮帶輪旁邊的霍爾傳感器用于測量與從動皮帶輪同軸固定的圓盤轉(zhuǎn)速。安裝在同步齒形帶旁的光電傳感器控制電機的轉(zhuǎn)速。用固定在同步齒形帶上的激光筆和位置敏感器件PSD配合，演示光電精確定位。電容式接近開關(guān)和激光筆組合實現(xiàn)自動計數(shù)演示。
文檔編號G09B23/06GK202473025SQ201120453519
公開日2012年10月3日 申請日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者馮毅, 李靜, 林曉瓏, 王鈺, 翟微微 申請人:吉林大學(xué)