專利名稱：頻閃照相實驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及記錄機械運動的實驗裝置。
頻閃照相是記錄機械運動的一個較理想的方法，是國內外中學物理教學中的一個典型實驗。高中物理課本和《物理》(第2冊)(美國U.哈伯－沙姆等著，科學出版社)都引用了很多頻閃照片。
已有的頻閃照相實驗裝置都使用普通的照相機，配上頻閃閃光燈或旋轉快門等附件以及各種運動的實驗器材，其基本方法有兩種，其一是使用頻閃閃光燈，閃光時間約千分之一秒時，照片較清晰；其二是使用間斷遮光法，一般露光時間較長，約1／50至1／300秒。
嚴洪在“頻閃攝影的嘗試”(物理教學，1979.1)中提出一種頻閃攝影的實驗裝置，它使用普通的照相機，外加旋轉快門，在旋轉快門上開一對圓環(huán)扇形的窗口，鏡頭上無另外窗口，使用黑色布幕作背景，置于盡量遠的地方，共用8盞500W碘鎢燈照明。該作者還在“頻閃攝影的同步釋放器”(物理教學，1981.6)中提出在上述旋轉快門上開兩對窗口和小孔，并利用照相機的閃光鈕控制運動物體的起動，利用光敏管及晶體管放大電路達到運動物體的起動與旋轉快門窗口露光同步的目的。
使用頻閃閃光燈所得的照片雖然較清晰，但設備價格較高，且易損壞，又得在暗室或半暗室中使用。采用間斷遮光法所得的照片雖然不需暗室，設備價格較低且耐用，但照片上物體的“拖移”較嚴重，且需強照明，例如數(shù)千瓦的碘鎢燈才能得到較好的效果。另外，上述實驗裝置中照相機與各種配搭的實驗器材間配合松散，需要大量的裝卸、調整工作，實驗費時、費力，導致絕大多數(shù)學校未能開設此重要實驗，引起人們的關注，追切需要有相應的實驗裝置。
本實用新型的目的是提供一種結構緊湊、不需強照明、實驗操作簡便、便于中學普及的頻閃照相實驗裝置。
本實用新型采用間斷遮光法實現(xiàn)頻閃照相，主要包括頻閃照相機(箱)、各種運動物體實驗器材、屏、照明光源、暗箱、供電控制電路和支架等。其中頻閃照相機(箱)是本裝置的關鍵部件。
所說的頻閃照相機設有鏡頭、片匣、旋轉快門機構、程序快門機構等。旋轉快門機構包括旋轉快門、電機、傳動部件、穩(wěn)速和調速電路。旋轉快門上開窗口并由旋轉軸固定在傳動輪上，傳動輪由傳動帶與電機連接。程序快門機構包括程序快門、轉軸、旋鈕和電磁控制電路，程序快門上有窗口，由轉軸固定在照相機上，電磁控制電路由電磁鐵、磁片、干簧管繼電器和開關組成。
旋轉快門上的窗口為半扇形，恰好遮去鏡頭面兩個弓形部分，使光通量略有減少，但使窗口的夾角小了約1／4，可以減少露光時間，減少照片上運動物體的“拖移”，提高了照片質量。
本裝置還設有暗箱，暗箱中備有供存放膠片的暗匣、裁片刀、沖洗輔助器具(例如電振動沖洗槽等)。
頻閃照相機和屏由支架連接。
屏用硬質材料制成，用無光漆涂黑，可折迭收存。
旋轉快門電機用電子調速微型直流電動機，由一串聯(lián)的線繞可變電阻器實現(xiàn)無級調速。
旋轉快門上可以設有轉速校準圖樣，標記有四個圓圈，其圓圈上由里到外分別標有間隔相等的3、4、5、7條黑帶，相應設有機內頻閃光源，以便校準在8個轉速之一使用。頻閃光源由幾個發(fā)光二極管串聯(lián)(以增加亮度)，用50Hz交流電整流供電，半波整流得50Hz閃光，全波整流得100Hz閃光。
配套的各種運動實驗器材包括平拋和自由落體、碰撞、豎直面內圓軌道、單擺、斜面和平面等，其結構可以小型化，配合相應的起動裝置。
碘鎢燈加燈罩，采用鋁制經拋光和鈍化；適當加大罩的深度，以減少光的散失；采用拋物面結構，起光的會聚作用。
程序快門設有三個位置準備、開啟(或拍攝)、關閉。程序快門由一鋁片制成圓片形，圓周上設擋子，附件包括兩個位于程序快門邊緣附近的電磁鐵及其銜鐵，程序快門上還有磁片，干簧管繼電器，由照相機上的啟動按鈕和引出的開關控制程序快門的位置。程序快門上的窗口與旋轉快門上的形狀相同。
供電控制電路包括帶動旋轉快門的電機供電，程序快門上的控制電磁鐵電路，控制運動物體起動的電磁鐵電路，機內校對旋轉快門轉速的頻閃光源，暗箱中的振動沖洗器，碘鎢燈供電等。
本實用新型設計了專用的頻閃照相機，配套完整、緊湊，小型化，提高了可靠性，減少了裝卸和調整工作量，實驗簡便、省時，能在一般的教室或實驗室用一個課時完成裝配、拍攝、沖洗和用幻燈分析實驗結果等整個實驗。所得照片清晰，物理概念清楚。省去了光圈調節(jié)、普通快門和卷片機構。照明功率小，僅需一盞500W碘鎢燈。便于中學普及頻閃照相實驗，使這個動用器材多、實驗過程繁雜、操作麻煩的實驗成為易做的實驗。
以下結合附圖給出的實施例對本實用新型做進一步的說明。


圖1為頻閃照相機(箱)結構圖。
圖2為旋轉快門結構和轉速校準圖樣。
圖3為程序快門機構結構圖。
圖4為暗箱結構圖。
圖5為頻閃光源示意圖。
圖6為頻閃照相機與屏的連接圖。
圖7為電路原理圖。
在
圖1中，頻閃照相機設有鏡頭1和片匣(單片)2。旋轉快門3為一圓遮光片，由簿硬塑料片制成，安裝在旋轉軸11上，由傳動輪10和傳動帶9與電子調速微型直流電動機4的飛輪8連接，程序快門5由一鋁片制成，固定在轉軸15上，轉軸穿過照相機殼伸至外側，其上裝一個旋鈕14。整流、控制電路板6和變壓器7置于照相機內。
旋轉快門為轉盤結構，直徑110mm，在轉盤上的一側開一窗口12，窗口為“圓環(huán)扇形”，它與鏡頭面的位置關系如圖2所示。從窗口上割下的片材粘貼在“窗口”兩側，使旋轉快門旋轉時保持良好的動平衡。窗口遮去鏡頭面兩個弓形部分(如圖2中的陰影部分)，使光通量略有減少，但這樣使窗口的夾角θ小了約1／4，可以減少露光時間，減少照片上運動物體的“拖移”，提高了照片的質量。這比現(xiàn)有技術中對稱開兩個窗口減少了露光時間，即從t＝ (2θ)/(π) T減為t＝ (θ)/(π) ·T，其中T為頻閃周期。除機內電子調速以外，串一變阻器調速，增加調整范圍。
旋轉快門外側中央部分貼有校準轉速用的圖樣13，由里到外有4個圓圈，其上分別有3、4、5、7條間隔相等的黑帶。校準轉速時使旋轉快門旋轉，調節(jié)變阻器，使圖樣的某一圈上黑帶在頻閃光源照射下圖樣清楚可見，即轉速為某一值，例如使用100Hz頻閃光照射時最外一圈的圖樣清楚可見，則轉速為 100/7 ＝14 2/7 (R.P.S)，余類推。
頻閃光源32由3個發(fā)光二極管串聯(lián)而成，加一個反射罩，存放在照相機上的轉動桿33上，轉動桿可繞固定點34轉動，如圖5所示。要校準轉速時，把照相機前門打開，露出旋轉快門和校準圖樣，把頻閃光源轉至旋轉快門前，如圖5(b)所示，用導線接通頻閃光源插口和脈動電流插口A或B，接通電源開關K4，旋轉快門開關K5，調節(jié)變阻器，直至校準圖樣中我們要求的那一圈有清楚的圖樣，就得到所要的轉速，使用插口A得50Hz閃光，使用插口B得100Hz閃光，參見圖7。
程序快門機構如圖3所示，直徑為120mm，圓片狀的程序快門有一發(fā)條24，一端固定在程序快門軸上，另一端固定在照相機殼上，邊緣有檔子25，程序快門上有磁片18，干簧管繼電器22，17和19分別為程序快門啟動和關閉電磁鐵，程序快門窗口16形狀與旋轉快門窗口相同。K1為照相機上的啟動按鈕，K2為撞擊開關，K1′、K3′為引出的手控微動開關。圖中給出程序快門的三個位置準備、開啟(即拍攝)和關閉。
準備位置當拍攝準備就緒后，轉動旋鈕使程序快門處于準備位置(b)，先啟動旋轉快門，轉速調至穩(wěn)定，接通K1或K1′，則啟動電磁鐵吸合銜鐵，由于小發(fā)條的作用，程序快門移至開啟位置(c)，這時窗口對準鏡頭，開始頻閃感光，同時磁片移至干簧管繼電器上方，使干簧管接通，即運動實驗器材的電磁鐵動作，開始預定的運動。當運動物體到達“終點”時閉合了撞擊開關或手控接通K2′，這時關閉電磁鐵動作吸合銜鐵，使其銜鐵爪子脫出。同理，由于小發(fā)條的作用，程序快門轉至關閉位置(d)，程序快門反時針方向轉到被擋子擋住，這時鏡頭又被遮住，頻閃拍攝結束。
暗箱26的手孔27有遮光袖套，備有暗匣，采用雙層阻光結構，供存放膠卷等材料。設沖洗(顯影、定影)槽35、36和電動振動沖洗器38、片框40，把欲顯影、定影的膠片套入片框中，把片框放入顯影、定影槽中，把片框伸出的小臂上的缺口套于振動器的振動片上，接通電源，則片框和膠片在顯影、定影液中振動，達到均勻、迅速的效果。振動器用50Hz半波整流的脈沖電流。暗箱中還備有裁片刀。如圖4所示。
屏28由支架29與頻閃照相機30連接，如圖6所示，屏為硬屏，代替以往的布幕，使用時套上照明光源碘鎢燈220V、500W，加反射罩。
配套的運動實驗器材包括已有的平拋和自由落下，碰撞、單擺和斜面等。由于本裝置的旋轉快門與運動物體的起動同步，因此可以省去光電同步結構。
供電電路圖7中，D1～D8為整流二極管，T1、T2為變壓器，C1、L、C2為濾波電路。
本裝置的具體操作和工作過程以碰撞運動實驗為例加以說明。
首先將頻閃照相機與屏裝配好；校對旋轉快門轉速，首先燈開照相機前門，按前述的方法觀察旋轉快門上的校速圖樣達到要求的轉速為止；翻轉照相機和屏，使屏在水平面上，用水平儀校準屏互相垂直的兩個方向位于水平方向上；把小球發(fā)射器插入屏側的槽中，另一受碰小球放在屏上適當位置，接通電源，把程序快門轉至預備位置上，按下啟動按鈕，觀察調整小球碰撞情況是否合適；把碘鎢燈插上電源，片匣裝好膠片，抽出遮光板，切斷所有開關，處于準備狀態(tài)；接通電源開關、旋轉快門開關，旋轉快門開始轉動，稍停數(shù)秒鐘后轉速穩(wěn)定，按下程序快門啟動按鈕后實驗裝置自動完成以下動作啟動按鈕K1接通后電流通過啟動電磁鐵吸下卡爪，程序快門逆時針方向轉至窗口對準鏡頭的位置時被關閉電磁鐵的銜鐵爪子擋住，同時程序快門上的小磁片轉至干簧管上方，閉合了干簧管接點，接通了小球發(fā)射器電磁鐵電路，把小球發(fā)射出去，同時由于旋轉快門的作用進行了頻閃拍攝。注意觀察碰撞后小球的位置，適時按下程序快門關閉按鈕，關閉程序快門，插入片盒的遮光板，關斷各開關，取下片盒進行顯影、定影。實驗至此結束。
權利要求1.一種頻閃照相實驗裝置，設有照相機、旋轉快門、運動物體實驗器材及其起動裝置、屏和支架，采用碘鎢燈作為照明燈，其特征是(1)所說的照相機用頻閃照相機(箱)，機內設有鏡頭、片匣、旋轉快門機構、程序快門機構，旋轉快門機構包括旋轉快門、電機、傳動部件、調速電路，旋轉快門上開窗口并由旋轉軸固定于傳動輪上，傳動輪由傳動帶與電機連接，程序快門機構包括程序快門、轉軸、旋鈕和電磁控制電路，程序快門上有窗口，由轉軸固定在照相機上，電磁控制電路由電磁鐵、磁片、干簧管繼電器和開關組成；(2)還設有暗箱，暗箱中有裁片、沖洗輔助器具；(3)頻閃照相機和屏由支架連接。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征是旋轉快門電機用電子調速微電機，調速電路還用變阻器調速，旋轉快門窗口為一個。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特征是旋轉快門上設有轉速校準圖，標有4個圓圈，其圓圈上由里到外分別標有間隔相等的3、4、5、7條黑帶，相應設有機內頻閃光源。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特征是所說的屏用硬質材料。
5.根據權利要求1所述的裝置，其特征是照明碘鎢燈帶有反射罩。
專利摘要頻閃照相實驗裝置，本實用新型涉及記錄機械運動的實驗裝置。它包括專用的頻閃照相機、屏、暗箱、配套各種運動實驗器材、碘鎢燈作為照明光源等部分，頻閃照相機中設有旋轉快門機構、程序快門機構、頻閃光源、片匣。本裝置改進了結構，省去很多實驗器材，減少了裝卸和調整工作量，小型、緊湊，便于中學普及，使復雜、難做的實驗變?yōu)楹唵?、易做?br> 文檔編號G09B23/00GK2039435SQ8820750
公開日1989年6月14日 申請日期1988年6月18日 優(yōu)先權日1988年6月18日
發(fā)明者張集美 申請人:張集美