一種弦振動(dòng)試驗(yàn)儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種教學(xué)試驗(yàn)儀器，更具體地說，是一種弦振動(dòng)試驗(yàn)儀。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前測(cè)量弦振動(dòng)試驗(yàn)一般采用以下方式：將一根鋼線弦一段固定于頻率可調(diào)的振 動(dòng)源，另一端通過一滑輪下掛以可裝砝碼的掛鉤，然后啟動(dòng)振動(dòng)源，使鋼絲振動(dòng)，了解振動(dòng) 在弦上傳播的規(guī)律及改變頻率和固定弦的張力，測(cè)量均勻弦上恒波傳播速度和線密度。裝 置的缺點(diǎn)是：閃光燈在閃爍頻率和時(shí)間上不能很好的和振動(dòng)頻率相匹配，且閃光燈的亮度 不可調(diào)節(jié)，這樣實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象不能很清晰的被觀察和測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為解決上述問題，本發(fā)明發(fā)明了一種弦振動(dòng)試驗(yàn)儀，所述弦振動(dòng)試驗(yàn)儀，包括信號(hào) 源、振動(dòng)弦線與測(cè)試臺(tái)、弦線支架標(biāo)尺組合、鉤碼組合，還包括與信號(hào)源相連的可調(diào)節(jié)頻率 和亮度的LED照明燈。
[0004] 通過一根磁場(chǎng)中的受力金屬弦線加交流電的方式，使其在安培力作用下產(chǎn)生振 動(dòng)。
[0005] 通過對(duì)金屬弦線所受拉力的調(diào)節(jié)，以及信號(hào)源的信號(hào)頻率的調(diào)節(jié)，使弦線在有效 長(zhǎng)度內(nèi)的產(chǎn)生穩(wěn)定的駐波。
[0006] 當(dāng)駐波形成時(shí)，調(diào)節(jié)LED照明燈的頻率，當(dāng)LED照明燈的頻率和信號(hào)源輸出的正弦 信號(hào)頻率一致時(shí)出現(xiàn)頻閃現(xiàn)象，測(cè)試出駐波頻率。
[0007] 本發(fā)明發(fā)明的一種弦振動(dòng)試驗(yàn)儀，通過引入可調(diào)頻率和亮度的LED照明燈，可以 清晰的觀察金屬弦線的振動(dòng)過程，更容易找到駐波的共振點(diǎn)，使測(cè)量更加準(zhǔn)確。LED照明信 號(hào)，與正弦信號(hào)來自于同一個(gè)CPU，從而保證了振動(dòng)的頻率和頻閃的頻率匹配的非常好，可 以很穩(wěn)定清晰的，借助頻閃燈觀察到振動(dòng)的現(xiàn)象，測(cè)試出駐波的頻率，同時(shí)LED燈的亮度是 可調(diào)節(jié)的，調(diào)節(jié)方式是通過調(diào)節(jié)一個(gè)周期內(nèi)方波信號(hào)的占空比來實(shí)現(xiàn)的，而且頻率改變后， 占空比自動(dòng)改變?yōu)樽钚?，即亮度最低，來保護(hù)LED，延長(zhǎng)使用壽命。【附圖說明】
[0008] 圖1為本發(fā)明發(fā)明的一種弦振動(dòng)試驗(yàn)儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009] 圖2為交流電i、弦線張力T，以及弦線位移x在一個(gè)周期內(nèi)的變化圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 本發(fā)明發(fā)明的一種弦振動(dòng)試驗(yàn)儀，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，包括信號(hào)源、振動(dòng)弦 線與測(cè)試臺(tái)、弦線支架標(biāo)尺組合、鉤碼組合，還包括與信號(hào)源相連的可調(diào)節(jié)頻率和亮度的 LED照明燈。
[0011] 其中信號(hào)源的信號(hào)接口輸出正弦信號(hào)；振動(dòng)弦線與測(cè)試臺(tái)上有接線柱1、強(qiáng)磁鐵4 以及帶凹槽的滑輪6;弦線支架標(biāo)尺組合包括弦線支點(diǎn)3以及標(biāo)尺7;鉤碼組合包括砝碼盤 5 ;LED照明燈與信號(hào)源頻閃接口相連，信號(hào)源頻閃接口提供LED燈的照明信號(hào)，該信號(hào)為方 波信號(hào)，頻率在1-200赫茲之間連續(xù)可調(diào)。
[0012] 將一根密度為P的均勻金屬弦線2,被固定在3點(diǎn)，并經(jīng)過滑輪6后在其下方掛一 砝碼盤5,使金屬絲受張力T的作用而被張緊。金屬弦線2下方放一永久磁鐵4。
[0013] 所述弦振動(dòng)試驗(yàn)儀工作時(shí)，信號(hào)源的信號(hào)接口輸出正弦信號(hào)通過導(dǎo)線與測(cè)試臺(tái)上 的接線柱1-1和1-2相連，金屬弦線2 -頭固定在接線柱1-2上，一頭通過一個(gè)帶凹槽的滑 輪6與一個(gè)砝碼盤5相連，弦線2多出一段不受力的部分又與另一接線柱1-3相接，這樣在 弦線和信號(hào)源間形成一個(gè)通路，正弦交流電信號(hào)直接加在金屬弦線2上。通電弦線2在強(qiáng) 磁鐵4的作用下，產(chǎn)生安培力，使弦線做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0014] 交流電i、弦線張力T，以及弦線位移x在一個(gè)周期內(nèi)的變化如圖2。當(dāng)交變電流 穩(wěn)定存在時(shí)，這個(gè)振動(dòng)狀態(tài)會(huì)以波的形式向弦線的兩端傳播，>_ = 1 ，波在A、B 兩個(gè)支點(diǎn)產(chǎn)生反射。反射波和入射波是同一波源產(chǎn)生的，它們具有相同的振幅、頻率和振動(dòng) 方向。在弦線上疊加時(shí)，產(chǎn)生波的干涉。兩列波合成的結(jié)果是勸。 A.
[0015] 通過對(duì)金屬弦線所受拉力的調(diào)節(jié)，以及信號(hào)源的信號(hào)頻率的調(diào)節(jié)，使弦線在有效 長(zhǎng)度內(nèi)的產(chǎn)生穩(wěn)定的駐波。
[0016] 調(diào)整弦線支點(diǎn)3, A和B兩支點(diǎn)的距離，具體長(zhǎng)度由標(biāo)尺7讀出，弦線長(zhǎng)度確定后， 在砝碼盤5上加上適當(dāng)砝碼，作為弦線張力，調(diào)節(jié)信號(hào)源的信號(hào)頻率由小到大，看到支點(diǎn)3 之間會(huì)出現(xiàn)駐波，頻率越高，駐波的個(gè)數(shù)越多。
[0017] 這時(shí)，穩(wěn)定A、B兩點(diǎn)不動(dòng)，是波節(jié)。而在LAB的全長(zhǎng)內(nèi)會(huì)以入/2為單位形成若干以 正弦分布的穩(wěn)定的駐波。弦線上各點(diǎn)以cos2 ft的形式作諧振動(dòng)。其振幅依 賴于點(diǎn)x的位置。在兩波節(jié)之間，各點(diǎn)的振動(dòng)都有相同的相位，它們同時(shí)到達(dá)自己的最大位 移，又同時(shí)通過平衡位置。在同一波節(jié)兩邊的各點(diǎn)，其振動(dòng)相位相反，即同時(shí)到達(dá)最大位移， 但方向相反；又同時(shí)通過平衡位置，但速度的方向相反。
[0018] 形成駐波的條件是，在LAB內(nèi)剛好能容納整數(shù)個(gè)半波，即
[0019]
[0020] 波在弦線中傳播速度
[0021]
[0022] 其中T是弦線所受張力，P是弦線的線密度。由于v = fA，所以弦線上形成穩(wěn)定 的駐波時(shí)
[0023]
[0024]
[0025] 稱為基頻，f2、fV??稱為諧頻。振動(dòng)著的弦激起空氣的振動(dòng)，人的耳朵就感覺弦 在發(fā)出聲音。聲音的大小由振動(dòng)的振幅來決定，音調(diào)的高低依賴于振動(dòng)頻率。
[0026] 信號(hào)源頻閃接口與LED燈相連，提供LED燈的照明信號(hào)，該信號(hào)為方波信號(hào)，頻率 在1-200赫茲之間連續(xù)可調(diào)，駐波形成時(shí)，調(diào)節(jié)頻閃按鍵，增加或減少方波的頻率，使LED燈 的頻率和正弦信號(hào)頻率一致，LED燈照的弦線部分，可看見穩(wěn)定不動(dòng)的弦線，稱作頻閃現(xiàn)象， 非照明部分弦線無此現(xiàn)象。通過觀察弦線振動(dòng)波腹的幅度是否為最大，波節(jié)是否最小最穩(wěn) 定，來確定駐波的頻率是否為共振頻率，不是再適當(dāng)調(diào)節(jié)信號(hào)按鍵，增加或減少頻率值，精 確確定產(chǎn)生駐波的頻率。
[0027] 考慮到實(shí)驗(yàn)環(huán)境和個(gè)人因素，LED燈的亮度是可調(diào)節(jié)的，調(diào)節(jié)方式是通過調(diào)節(jié)一 個(gè)周期內(nèi)方波信號(hào)的占空比來實(shí)現(xiàn)的，而且頻率改變后，占空比自動(dòng)改變?yōu)樽钚?，即亮度?低，來保護(hù)LED，延長(zhǎng)使用壽命。
[0028] LED照明信號(hào)，與正弦信號(hào)來自于同一個(gè)CPU，從而保證了振動(dòng)的頻率和頻閃的頻 率匹配的非常好，可以很穩(wěn)定清晰的，借助頻閃燈觀察到振動(dòng)的現(xiàn)象，測(cè)試出駐波的頻率。 正弦交流電的頻率在1一200赫茲之間連續(xù)可調(diào)，電流在0-1安培間連續(xù)可調(diào)。LED照明燈 的頻率為方波在1-200赫茲之間連續(xù)可調(diào)，亮度也可調(diào)節(jié)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種弦振動(dòng)試驗(yàn)儀，包括信號(hào)源、振動(dòng)弦線與測(cè)試臺(tái)、弦線支架標(biāo)尺組合、鉤碼組合， 其特征在于，還包括與信號(hào)源相連的可調(diào)節(jié)頻率和亮度的LED照明燈。2. 如權(quán)利要求1所說的一種弦振動(dòng)試驗(yàn)儀，其特征在于，通過一根磁場(chǎng)中的受力金屬 弦線加交流電的方式，使其在安培力作用下產(chǎn)生振動(dòng)。3. 如權(quán)利要求2所說的一種弦振動(dòng)試驗(yàn)儀，其特征在于，通過對(duì)金屬弦線所受拉力的 調(diào)節(jié)，以及信號(hào)源的信號(hào)頻率的調(diào)節(jié)，使弦線在有效長(zhǎng)度內(nèi)的產(chǎn)生穩(wěn)定的駐波。4. 如權(quán)利要求3所說的一種弦振動(dòng)試驗(yàn)儀，其特征在于，當(dāng)駐波形成時(shí)，調(diào)節(jié)LED照明 燈的頻率，當(dāng)LED照明燈的頻率和信號(hào)源輸出的正弦信號(hào)頻率一致時(shí)出現(xiàn)頻閃現(xiàn)象，測(cè)試 出駐波頻率。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種弦振動(dòng)試驗(yàn)儀。包括信號(hào)源、振動(dòng)弦線與測(cè)試臺(tái)、弦線支架標(biāo)尺組合、鉤碼組合，其特征在于，還包括與信號(hào)源相連的可調(diào)節(jié)頻率和亮度的LED照明燈。過給一根磁場(chǎng)中的受力金屬導(dǎo)線加交流電的方式，使其在安培力作用下產(chǎn)生振動(dòng)。通過對(duì)弦線所受拉力的調(diào)節(jié)，以及通過弦線交流電頻率的調(diào)節(jié)，使在有效長(zhǎng)度內(nèi)的弦線產(chǎn)生穩(wěn)定的駐波，同時(shí)加上可調(diào)頻率和亮度的LED照明燈，可以清晰觀察弦線的振動(dòng)過程，更容易找到駐波的共振點(diǎn)，使測(cè)量更加準(zhǔn)確。LED照明信號(hào)，與正弦信號(hào)來自于同一個(gè)CPU，從而保證了振動(dòng)的頻率和頻閃的頻率匹配的非常好，可以很穩(wěn)定清晰的，借助頻閃燈觀察到振動(dòng)的現(xiàn)象，測(cè)試出駐波的頻率，同時(shí)LED燈的亮度是可調(diào)節(jié)的。
【IPC分類】G09B23/06
【公開號(hào)】CN105206141
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410261934
【發(fā)明人】夏卿
【申請(qǐng)人】三江學(xué)院
【公開日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2014年6月12日