一種用音叉來研究受迫振動與共振的實驗裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型屬于教學(xué)實驗儀器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種用音叉來研究受迫振動與共振的實驗裝置。該裝置包括金屬底板、音叉、砝碼及阻尼塊、探測線圈、振動線圈等。裝置通過兩個線圈來驅(qū)動和探測共振信號，并且改變音叉臂的質(zhì)量可以測量不同的共振曲線，從而研究測量砝碼質(zhì)量、液體阻尼力等物理量的大小，可以讓實驗者了解音叉?zhèn)鞲衅鞯脑?；另外該裝置還可以用壓電換能器來探測信號，可以比較速度共振和位移共振曲線的異同。該實驗裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、實驗內(nèi)容豐富。
【專利說明】一種用音叉來研究受迫振動與共振的實驗裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于教學(xué)實驗儀器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用音叉來研究受迫振動與共振的實驗裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]受迫振動與共振等現(xiàn)象在工程和科學(xué)研究中經(jīng)常用到。如在建筑、機械等工程中，經(jīng)常須避免共振現(xiàn)象，以保證工程的質(zhì)量。而在一些石油化工企業(yè)中，常用共振原理，利用振動式液體密度傳感器和液體傳感器，在線檢測液體密度和液位高度，所以受迫振動與共振是重要的物理規(guī)律受到物理和工程技術(shù)廣泛重現(xiàn)。傳統(tǒng)的受迫振動以及共振的實驗儀器多采用電機做振動源，外圍機械裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)節(jié)不方便，實驗過程繁瑣。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、實驗現(xiàn)象明晰的研究受迫振動與共振的實驗裝置。
[0004]本實用新型所提供的研究受迫振動與共振的實驗裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。包括金屬底板1、音叉2、砝碼及阻尼塊、探測線圈4、振動線圈5、探測信號輸出端6和振動信號輸入端7，其中:
[0005]所述音叉2通過一個豎直放置的固定座將其水平固定在金屬底板I上方，在音叉2的水平中心位置標記為砝碼及阻尼塊的固定位置3，振動線圈5、探測線圈4靠近音叉2兩臂前端外側(cè)，且相互對應(yīng)，線圈與音叉2兩臂間有一定振動空間；振動線圈5、探測線圈4兩個線圈內(nèi)部接線通過固定座分別連接至振動信號輸入端7和探測信號輸出端6。
[0006]本實用新型中，所述金屬底板采用45號鋼加工制成，底部安裝有橡皮支撐腳，這樣可以提聞?wù)駝酉到y(tǒng)穩(wěn)定性。
[0007]本實用新型中，所述音叉2要求水平安裝，并且在音叉臂中段某一位置確定為砝碼及阻尼塊3的固定位置，并在該位置做標記，用于加載砝碼及阻尼塊3。
[0008]本實用新型中，所述探測線圈4和振動線圈5必須靠近音叉臂但留有一定振動空間，即振動時音叉臂不能夠接觸兩個線圈，另外，探測線圈4和振動線圈5中心固定有鐵氧體磁芯，以增加振動和探測的靈敏度。
[0009]本實用新型中，所述探測信號輸出端6采用大Q9插座與探測線圈4相連，連接線從線圈固定端和金屬底板I內(nèi)部穿過；同樣，所述振動信號輸入端7采用大Q9插座與探測線圈5相連，連接線從線圈固定端和金屬底板I內(nèi)部穿過，這樣在裝置表面就看不出有引線。
[0010]本實用新型提供的研究受迫振動與共振的實驗裝置，用音叉振動系統(tǒng)為研究對象，用電磁激振線圈的電磁力作為激振力，用探測線圈作檢測振幅傳感器，測量受迫振動系統(tǒng)振動振幅與驅(qū)動力頻率的關(guān)系，研究受迫振動與共振現(xiàn)象及其規(guī)律，該裝置還可以測量共振頻率與音叉雙臂質(zhì)量的關(guān)系以及研究不同阻尼力情況下的共振頻率。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，實驗現(xiàn)象明晰，操作方便，可以用于大專院校普通物理實驗以及設(shè)計性研究性物理實驗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2速度共振幅頻曲線和位移共振幅頻曲線。其左圖速度共振幅頻曲線采用探測線圈來接收信號得到，右圖位移共振幅頻曲線此阿勇壓電換能器來接收信號得到。
[0013]圖中標號:1為金屬底板，2為音叉，3為砝碼及阻尼塊的固定位置，4為探測線圈，5為振動線圈，6為探測信號輸出端，7為振動信號輸入端。

【具體實施方式】
[0014]本實用新型中，正弦波的振動信號通過振動信號輸入端7接入振動線圈5中，在電流作用下，振動線圈5產(chǎn)生交流變化的電磁場，使得音叉2做受迫振動，此時探測線圈4可以產(chǎn)生交流變化的感應(yīng)電動勢，通過探測信號輸出端6將感應(yīng)信號輸出至示波器或者交流電壓表；通過檢測感應(yīng)信號的幅度，可以探知音叉振動幅度的大小。實驗中，通過連續(xù)改變輸入振動線圈的信號頻率，可以觀察到探測線圈輸出信號的幅度的變化情況，存在一個頻率可以使得音叉的振動幅度最大，對應(yīng)的該頻率即為音叉的固有頻率。
[0015]本實用新型中，音叉臂的中間標有砝碼和阻尼塊的固定位置3，實驗時，可以將不同質(zhì)量的砝碼塊固定在該位置，因為音叉的共振頻率和音叉臂質(zhì)量有關(guān)，通過多組砝碼可以得到一個砝碼質(zhì)量與音叉共振頻率的線性關(guān)系，根據(jù)所獲得的關(guān)系曲線就可以測量未知質(zhì)量的砝碼。應(yīng)用這種特性可以制成各種音叉?zhèn)鞲衅?，如液體密度傳感器、液位傳感器等。所以測量該特性可以讓實驗者了解傳感器的一些基本設(shè)計原理。
[0016]本實用新型中，在固定位置3處還可以用磁鋼固定阻尼板。金屬底板I上可以用培養(yǎng)皿盛裝一些待測液體，并將阻尼板下端浸入液體中，加信號后，音叉振動受到阻尼力的作用，并且音叉共振頻率和液體阻尼力的有關(guān)，通過測量音叉的共振頻率大小，應(yīng)用比較法就可以計算出不同液體的阻尼大小。
[0017]本實用新型中，通過探測線圈4測量的是交變磁場變化的快慢，其值大小取決于音叉振動的速度，速度越快，磁場變化越快，產(chǎn)生的電流越大，從而使測得的電壓值越大.所以，接收線圈測量電壓值獲得的曲線為音叉受迫振動的速度共振曲線，如圖2中左圖所示。實驗裝置中還可以將壓電換能器粘結(jié)在探測線圈4 一側(cè)的音叉臂上，相應(yīng)的將輸出信號接到示波器或者交流電壓表上，因為音叉在發(fā)生受迫振動時，隨著位移不斷變化，振動臂恢復(fù)力也發(fā)生變化，且當驅(qū)動力大時，振動臂位移也大，所以壓電換能片所測量到的電壓值與位移成正比，可以看出采用壓電換能片測量到的曲線應(yīng)為位移共振幅頻曲線，如圖2右圖所示。從圖2中可以看出兩種曲線的不同，速度共振幅頻曲線明顯存在“左陡右緩”的趨勢，而位移共振幅頻曲線則沒有這種趨勢。
【權(quán)利要求】
1.一種用音叉來研究受迫振動與共振的實驗裝置，其特征在于包括金屬底板、音叉、砝碼及阻尼塊、探測線圈、振動線圈、探測信號輸出端和振動信號輸入端，其中: 所述音叉通過一個豎直放置的固定座將其水平固定在金屬底板上方，在音叉的水平中心位置標記為砝碼及阻尼塊的固定位置；振動線圈、探測線圈靠近音叉兩臂前端外側(cè)，且相互對應(yīng)，兩個線圈與音叉兩臂間有一定振動空間；振動線圈、探測線圈內(nèi)部接線通過固定座分別連接至振動信號輸入端和探測信號輸出端。
2.如權(quán)利要求1所述的用音叉來研究受迫振動與共振的實驗裝置，其特征在于所述金屬底板采用45號鋼加工制成，底部安裝有橡皮支撐腳。
3.如權(quán)利要求2所述的用音叉來研究受迫振動與共振的實驗裝置，其特征在于所述探測線圈和振動線圈的中心分別固定有鐵氧體磁芯。
4.如權(quán)利要求3所述的用音叉來研究受迫振動與共振的實驗裝置，其特征在于所述探測信號輸出端采用大Q9插座與探測線圈相連，連接線從線圈固定端和金屬底板內(nèi)部穿過；同樣，所述振動信號輸入端采用大Q9插座與探測線圈相連，連接線從線圈固定端和金屬底板I內(nèi)部穿過。
5.如權(quán)利要求4所述的用音叉來研究受迫振動與共振的實驗裝置，其特征在于還配有一壓電換能器，可粘結(jié)于探測線圈一側(cè)的音叉臂上。
【文檔編號】G09B23/06GK203931269SQ201420286234
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年6月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月1日
【發(fā)明者】陳希江, 陸申龍, 時晨 申請人:上海復(fù)旦天欣科教儀器有限公司