便攜式激光掃描李薩如圖形演示儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種便攜式激光掃描李薩如圖形演示儀，該演示儀包括正弦信號發(fā)生模塊、電磁驅(qū)動振動X方向機構(gòu)、半導(dǎo)體激光器、電機驅(qū)動Y方向振動機構(gòu)及反射鏡、電機轉(zhuǎn)速控制與顯示模塊；信號發(fā)生模塊輸出正弦振蕩信號到電磁鐵的線圈，通過電磁鐵驅(qū)動X方向的振動機構(gòu)帶動小型激光器振動，激光束在反射鏡上沿X方向掃描；電機驅(qū)動Y方向振動機構(gòu)帶動反射鏡沿Y方向振動，使反射鏡反射的激光束沿Y方向掃描。本實用新型的效果是可以用簡單的裝置顯示李薩如圖形，將信號發(fā)生器、示波器的功能整合為一體，體積可以做到很小，便于攜帶，可以用于多媒體教室，既可定性演示，又可定量測量。
【專利說明】便攜式激光掃描李薩如圖形演示儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種教學(xué)儀器，特別是一種便攜式激光掃描李薩如圖形演示儀。

【背景技術(shù)】
[0002]李薩如圖形是物理、電信類課程的重要內(nèi)容，在實驗教學(xué)和工程測量上可將兩路信號輸入示波器得以合成，在演示教學(xué)中有的采用雙振片或雙電機振動的方法來實現(xiàn)。作為課堂演示儀器，用示波器合成設(shè)備過于龐大無法攜帶到教室；采用雙振片法，當振動頻率與振片固有頻率偏離太遠時，振幅會很?。徊捎秒p電機法，振動幅度無法調(diào)節(jié)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型的目的是提供一種體積小，便于攜帶，結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡單，演示效果明顯，可用于多媒體教室演示的便攜式激光掃描李薩如圖形演示儀。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是提供一種便攜式激光掃描李薩如圖形演示儀，其中:該演示儀包括信號發(fā)生模塊、電磁鐵、永磁鐵、X方向振片，半導(dǎo)體激光器、激光器電源、電機、偏心輪、連桿、Y方向振片、反射鏡、傳感器、電機調(diào)速模塊、電機測速與頻率顯示模塊、底板；
[0005]所述X方向振片的末端、電磁鐵和永磁鐵固定在底板上，X方向振片的前端裝有半導(dǎo)體激光器，半導(dǎo)體激光器與激光器電源通過軟線相連并設(shè)有開關(guān)，所述電磁鐵的線圈套在靠近X方向振片的末端附近，X方向振片能夠在電磁鐵的線圈中沿平行于底板的方向自由振動，永磁鐵安裝在X方向振片中部，永磁鐵兩極弓I出的兩鋼板分別位于X方向振片的兩側(cè)且留有振動空間，使X方向振片能夠在兩鋼板間自由振動；Y方向振片的末端固定在底板上，前端正面安裝有小反射鏡，前端背面裝有連桿，連桿與電機上的偏心輪相連，電機驅(qū)動連桿使Y方向振片產(chǎn)生垂直于底板方向的振動；電機連接調(diào)速模塊以供電并調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，其轉(zhuǎn)速可通過傳感器將信號傳輸?shù)诫姍C測速與顯示模塊并以頻率的方式顯示。
[0006]本實用新型的效果是:
[0007]1.該演示儀的X方向振片的振幅可調(diào)，當啟動X方向振片而關(guān)閉Y方向振片時，激光束可在X方向上掃描出一條長度可調(diào)的光線，演示振幅的物理意義。
[0008]2.該演示儀的Y方向振片的振動頻率可調(diào)，當啟動Y方向振片而關(guān)閉X方向振片時，激光束可在Y方向上根據(jù)頻率以不同速度掃描出一條光線，演示頻率和周期的物理意義。
[0009]3.使用該演示儀時，當X和Y方向振片同時振動，而且驅(qū)動Y方向振片的電機轉(zhuǎn)動頻率與X方向振片頻率成整數(shù)比時，激光束可在平面上掃描出二維的李薩如圖形。
[0010]4.該演示儀用體積小巧的集成化電路模塊取代傳統(tǒng)的信號發(fā)生器，激光器采用小型的以鈕扣電池為電源的激光筆，而且電源與激光頭分離，激光頭直接安裝在振片上，使儀器體積更加緊湊。儀器整體體積小，便于攜帶。
[0011]5.該演示儀用電機轉(zhuǎn)動頻率的顯示值結(jié)合激光掃描的圖形，可以計算出X方向振片的振動頻率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型演示儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖中:
[0014]1.信號發(fā)生模塊2.電磁鐵3.永磁鐵4.X方向振片
[0015]5.半導(dǎo)體激光器6.激光器電源7.電機8.偏心輪
[0016]9.連桿10.Y方向振片11.反射鏡12.傳感器
[0017]13.電機調(diào)速模塊 14.電機測速與頻率顯示模塊
[0018]15.底板16.X方向掃描的激光束
[0019]17.二維掃描的激光束18.屏幕
[0020]圖2是本實用新型演示儀可掃描出的李薩如圖形。
[0021]圖中只畫出了 X、Y方向振動頻率比分別為2:1、3:1和3:2的圖形，實際上此演示儀可掃描出多種頻率比的圖形。對于同一頻率比，因相位差不同可產(chǎn)生不同圖形。

【具體實施方式】
[0022]結(jié)合附圖對本實用新型的便攜式激光掃描李薩如圖形演示儀結(jié)構(gòu)加以說明。
[0023]如圖1所示，本實用新型的便攜式激光掃描李薩如圖形演示儀結(jié)構(gòu)是，該演示儀包括信號發(fā)生模塊1、電磁鐵2、永磁鐵3、X方向振片4,半導(dǎo)體激光器5、激光器電源6、電機7、偏心輪8、連桿9、Y方向振片10、反射鏡11、傳感器12、電機調(diào)速模塊13、電機測速與頻率顯示模塊14、底板15、屏幕18可用白墻取代。
[0024]所述X方向振片4的末端、電磁鐵2和永磁鐵3固定在座15上，X方向振片4的前端裝有半導(dǎo)體激光器5，半導(dǎo)體激光器5與激光器電源6通過軟線相連并設(shè)有開關(guān)，所述電磁鐵2的線圈套在靠近X方向振片4的末端附近，X方向振片4能夠在電磁鐵2的線圈中沿平行于底板15的方向，即X方向自由振動,永磁鐵3安裝在X方向振片4中部,永磁鐵3兩極引出的兩鋼板分別位于X方向振片4的兩側(cè)且留有振動空間，使X方向振片4能夠在兩鋼板間自由振動；當信號發(fā)生模塊I采用DDS信號發(fā)生模塊和放大電路即可實現(xiàn)將正弦信號輸入電磁鐵2時，X方向振片4產(chǎn)生振動,激光器5投射出的激光束16在小反射鏡11上沿X方向往返掃描；當改變正弦信號的電壓時，X方向振片的振幅以及X方向掃描線的長度隨之改變；Υ方向振片10的末端固定在底板15上，前端正面安裝有小反射鏡11，前端背面裝有連桿9，連桿9與電機7上的偏心輪8相連，電機7驅(qū)動連桿9使Y方向振片10產(chǎn)生垂直于底板15方向，即Y方向的振動，使投射在小反射鏡11上的激光束16的反射光束17沿垂直于底板15方向往返掃描；電機7連接調(diào)速模塊13，可選用PWM直流電機調(diào)速器，以供電并調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，其轉(zhuǎn)速可通過傳感器12，可用光電傳感器或霍爾傳感器，將信號傳輸?shù)诫姍C測速與顯示模塊14，選用與傳感器配套的模塊加上數(shù)碼顯示模塊，并以頻率的方式顯示。當調(diào)節(jié)所述信號發(fā)生模塊I產(chǎn)生的正弦信號電壓時，電磁鐵2中隨電流而改變的磁力隨之改變，從而改變X方向振片的振幅，即改變X方向掃描的幅度。
[0025]當X方向振片4的振動頻率與Y方向振片10的振動頻率成整數(shù)比時，激光束17會在屏幕18，可用白墻取代的屏幕上掃描出李薩如圖形。其規(guī)律如為:設(shè)X方向和Y方向的振動的頻率分別為fx和fY，李薩如圖形在其外接矩形X方向和Y方向每個邊上的切點的個數(shù)分別為Hx和ΠΥ，則
[0026]fx:fY = ηγ:ηχ
[0027]通過上述公式可根據(jù)電機的頻率和圖形形狀計算出信號發(fā)生模塊I正弦信號的頻率。
[0028]具體演示內(nèi)容及操作方法如下:
[0029]1.演不一維掃描與振幅:開啟信號發(fā)生模塊1，X方向振片驅(qū)動激光束17在X方向掃描出一條線。調(diào)節(jié)信號電壓時，線長度(即振幅)隨之變化。
[0030]2.演示一維掃描線的形成原理以及頻率和周期的物理意義:關(guān)閉信號發(fā)生模塊I，開啟電機調(diào)速模塊13, Y方向振片驅(qū)動激光器在Y方向掃描出一條線。電機轉(zhuǎn)速由慢到快調(diào)節(jié)時，可演示激光束17投射出的光斑由點線的掃描成像原理，同時演示頻率和周期的物理意義。
[0031]3.演示李薩如圖形:同時開啟信號發(fā)生模塊I和電機調(diào)速模塊13，當X、Y兩上方向振片頻率成整數(shù)比時，激光束17將掃描出李薩如圖形。通過電機轉(zhuǎn)動頻率和李薩如圖形形狀，可以計算出X方向振片的振動頻率，實現(xiàn)定性演示和定量測量。
【權(quán)利要求】
1.一種便攜式激光掃描李薩如圖形演示儀，其特征是:該演示儀包括信號發(fā)生模塊(1)、電磁鐵⑵、永磁鐵⑶4方向振片⑷，半導(dǎo)體激光器(5)、激光器電源(6)、電機(7)、偏心輪(8)、連桿(9)^1方向振片(10)、反射鏡(11)5傳感器(口)、電機調(diào)速模塊(13)、電機測速與頻率顯示模塊(14)、底板(15)； 所述X方向振片⑷的末端、電磁鐵⑵和永磁鐵⑶固定在底板(15)上，X方向振片(4)的前端裝有半導(dǎo)體激光器(5),半導(dǎo)體激光器(5)與激光器電源(6)通過軟線相連并設(shè)有開關(guān)，所述電磁鐵⑵的線圈套在靠近X方向振片⑷的末端附近，X方向振片⑷能夠在電磁鐵⑵的線圈中沿平行于底板(15)的方向自由振動，永磁鐵⑶安裝在X方向振片⑷中部，永磁鐵⑶兩極引出的兩鋼板分別位于X方向振片⑷的兩側(cè)且留有振動空間，使X方向振片⑷能夠在兩鋼板間自由振動4方向振片(10)的末端固定在底板(15)上，前端正面安裝有小反射鏡(11),前端背面裝有連桿(9),連桿(9)與電機(7)上的偏心輪⑶相連，電機(7)驅(qū)動連桿(9)使V方向振片(10)產(chǎn)生垂直于底板(15)方向的振動；電機(7)連接調(diào)速模塊(13)以供電并調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，其轉(zhuǎn)速可通過傳感器(12)將信號傳輸?shù)诫姍C測速與顯示模塊(14)并以頻率的方式顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式激光掃描李薩如圖形演示儀，其特征是:所述信號發(fā)生模塊(1)輸出正弦振蕩信號到電磁鐵(2)的線圈，在電磁鐵(2)和永磁鐵(3)的共同作用下，X方向振片(4)帶動所述激光器(5)以固有頻率沿平行于底板(15)方向產(chǎn)生振動，投射出的激光束(16)在小反射鏡(11)上沿平行于底板(15)方向往返掃描。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式激光掃描李薩如圖形演示儀，其特征是:所述電機(7)通過偏心輪⑶和連桿⑶驅(qū)動V方向振片(10)連同小反射鏡(11)沿垂直于底板(15)方向產(chǎn)生振動，使投射在小反射鏡(11)上的激光束(16)的反射光束(17)也沿垂直于底板(15)方向往返掃描。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式激光掃描李薩如圖形演示儀，其特征是:所述電機(7)通過電機調(diào)速模塊(13)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，傳感器(12)和電機測速與頻率顯示模塊(14)測出電機轉(zhuǎn)速并轉(zhuǎn)換成頻率顯示出來。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式激光掃描李薩如圖形演示儀，其特征是:當X方向振片⑷的振動頻率與V方向振片(10)的振動頻率成整數(shù)比時，激光束(17)在屏幕(18)上掃描出李薩如圖形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式激光掃描李薩如圖形演示儀，其特征是:當調(diào)節(jié)所述信號發(fā)生模塊(1)產(chǎn)生的正弦信號電壓時，電磁鐵(2)中隨電流而改變的磁力隨之改變，從而改變X方向振片的振幅，即改變X方向掃描的幅度。
【文檔編號】G09B23/10GK204117440SQ201420476221
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月22日
【發(fā)明者】范琛瑞, 楊廣武, 張光璐, 霍光耀, 姚橙 申請人:天津城建大學(xué)