單自由度振動實驗裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本實用新型設(shè)及一種單自由度振動實驗裝置，其屬于理論力學(xué)、大學(xué)物理實驗教 學(xué)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】：
[0002] 在《大學(xué)物理》與《理論力學(xué)》教材中均提到質(zhì)量-彈黃系統(tǒng)，很多振動問題都可 W簡化為運種力學(xué)模型；運種模型又可W分為自由振動、阻尼振動與強迫振動=種情形。而 現(xiàn)有類似模型的實驗裝置，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜龐大、不能量產(chǎn)、價格也比較高，只能做演示實驗， 不能讓每位操作者都參加。
[0003] 因此，確有必要對現(xiàn)有技術(shù)進行改進W解決現(xiàn)有技術(shù)之不足。 【實用新型內(nèi)容】：
[0004] 本實用新型提供一種單自由度振動實驗裝置，其目的是簡化結(jié)構(gòu)模型、提高系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)測量精度與準(zhǔn)確度，而且提高了自動化程度，可W自動測量出系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，從而增 進操作者對單自由度系統(tǒng)在簡諧激勵下受迫振動規(guī)律的感性認(rèn)識。 陽〇化]本實用新型采用如下技術(shù)方案：一種單自由度振動實驗裝置，其包括阻尼器、擺 盤、扭轉(zhuǎn)彈黃、步進電機、測量光眼、指示指針、激勵指針、連桿、頂針、固定支架，所述擺盤一 圈帶有分布均勻的測量凹齒，所述扭轉(zhuǎn)彈黃的一端與擺盤相連，另一端與激勵指針相連，所 述阻尼器為U型結(jié)構(gòu)，其包括平板部及自平板部兩末端延伸形成的延伸部，平板部能夠自 由旋轉(zhuǎn)，兩延伸部分別位于擺盤的上下方，所述步進電機與激勵指針相連，一對測量光眼分 別位于擺盤兩側(cè)，且測量光眼光束能檢測到擺盤上的凹齒，所述指示指針安裝在擺盤上，擺 盤、連桿與扭轉(zhuǎn)彈黃作為一體通過上下兩個頂針固定在固定支架的軸眼上，在阻尼器上粘 貼有磁鋼，通過調(diào)節(jié)阻尼器位置改變阻尼器包含擺盤的面積W改變阻尼大小。
[0006] 進一步地，所述凹齒均勻的刻滿在擺盤上。
[0007] 進一步地，所述步進電機產(chǎn)生正負(fù)角度、速度可調(diào)的正弦激勵。
[0008] 進一步地，所述阻尼器上粘貼有磁鋼，W提供線性阻尼。
[0009] 進一步地，所述一對測量光眼能夠測出目前擺盤所處位置。
[0010] 本實用新型具有如下有益效果：
[0011] (1)本實用新型采用擺盤作為質(zhì)量，扭轉(zhuǎn)彈黃作為彈黃，步進電機給W驅(qū)動做強迫 振動，結(jié)構(gòu)小巧，占用空間小，便于攜帶，操作者通過自己動手操作可W增進對單自由度系 統(tǒng)在簡諧激勵下受迫振動規(guī)律的感性認(rèn)識，提高學(xué)習(xí)興趣；
[0012] (2)本實用新型采用步進電機作為正弦激勵，提高了激勵波形仿真度，結(jié)構(gòu)進行了 重新優(yōu)化，減小了轉(zhuǎn)軸的摩擦力，提高了測量精度；系統(tǒng)自帶測量系統(tǒng)可W提高測量速度與 數(shù)據(jù)精度，從而使采樣結(jié)果與理論值更接近，操作者通過記錄的數(shù)據(jù)可W繪制出阻尼受迫 振動的相頻特性圖與幅頻特性圖。
【附圖說明】：
[0013] 圖1為本實用新型單自由度振動實驗裝置的機械結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖2為本實用新型單自由度振動實驗裝置的電路原理圖。 陽01引其中：
[0016] 1-阻尼器；2-擺盤；3-扭轉(zhuǎn)彈黃；4-步進電機；5-測量光眼；6-指示指針；7-激 勵指針；8-連桿；9-頂針；10-固定支架；11-平板部；12-延伸部。
【具體實施方式】：
[0017] 請參照圖1所示，本實用新型單自由度振動實驗裝置包括阻尼器1、擺盤2、扭轉(zhuǎn)彈 黃3、步進電機4、測量光眼5、指示指針6、激勵指針7、連桿8、頂針9、固定支架10,擺盤2 - 圈帶有分布均勻的測量凹齒，扭轉(zhuǎn)彈黃3的一端與擺盤2相連，另一端與激勵指針7相連， 阻尼器1為U型結(jié)構(gòu)，其包括平板部11及自平板部11兩末端延伸形成的延伸部12,平板部 11安裝在支撐面板上且可W自由旋轉(zhuǎn)，兩延伸部12分別位于擺盤2的上下方，步進電機4 與激勵指針7相連，一對測量光眼5分別位于擺盤兩側(cè)，且光眼光束能檢測到擺盤2上的凹 齒，指示指針6安裝在擺盤2上，擺盤2、連桿8與扭轉(zhuǎn)彈黃3作為一體通過上下兩個頂針9 固定在固定支架10的軸眼上，在阻尼器1上粘貼有磁鋼，通過調(diào)節(jié)阻尼器1位置改變阻尼 器1包含擺盤2的面積W改變阻尼大小。扭轉(zhuǎn)彈黃3的另一端連接到激勵指針7上。測量 光眼5放在擺盤2的左右兩側(cè)，在測量擺盤凹齒時產(chǎn)生的脈沖需具有一定的相位差?？刂?電路根據(jù)用戶輸入，可W控制步進電機4按設(shè)定規(guī)律運動，步進電機4通過激勵指針7與連 桿8將激勵加在擺盤2上，激勵擺盤2轉(zhuǎn)動。
[0018] 本實用新型中擺盤作為研究對象相當(dāng)于質(zhì)量-彈黃系統(tǒng)中的質(zhì)量，在擺盤上刻滿 一圈大小均勻的凹齒，W便測量系統(tǒng)能夠跟蹤到擺盤的瞬時位置，運里采用類似機械手表 中擺輪軸桿結(jié)構(gòu)，目的是為了盡量減小擺盤轉(zhuǎn)動時的摩擦力，從而減小系統(tǒng)阻尼。扭轉(zhuǎn)彈黃 相當(dāng)于質(zhì)量-彈黃系統(tǒng)中的彈黃。
[0019] 阻尼器采用磁鋼作為粘性阻尼，可W提供線性阻尼，擺盤在磁場中擺動而切割磁 力線時，擺盤中產(chǎn)生電滿流，從而產(chǎn)生阻尼，旋轉(zhuǎn)阻尼器可W改變磁鐵與擺盤的磁通面積即 可改變阻尼大小。激勵電機采用步進電機，將步進電機轉(zhuǎn)動規(guī)律按照正弦規(guī)律左右擺動，擺 動（激勵）周期與幅值可W根據(jù)用戶設(shè)置改變。采用雙測量光眼與帶凹齒的擺盤有利于 測量電路獲取當(dāng)前擺盤瞬時位置，從而可W檢測出擺盤的振動周期、響應(yīng)幅值與響應(yīng)的相 位差。在不加阻尼與激勵時，構(gòu)成無阻尼無受迫振動，測量電路可W測出此時擺盤的固有周 期；在有阻尼與無激勵時，構(gòu)成有阻尼無受迫振動，測量電路可W測出阻尼系數(shù)；在有阻尼 與有激勵時，構(gòu)成有阻尼有受迫振動，測量電路可W測出此時擺盤的響應(yīng)幅值與相位差；通 過上述數(shù)據(jù)可W根據(jù)測出的數(shù)據(jù)繪制出單自由振動的幅頻響應(yīng)特性曲線和相頻響應(yīng)特性 曲線。
[0020] 如附圖2為測量與控制電路，主要包括高速ARM處理器，按鍵輸入與顯示模塊，電 機驅(qū)動器及傳感器輸入接口。按鍵輸入與顯示模塊提供人機交互功能，按鍵輸入可W選擇 工作模式（無阻尼無受迫模式、有阻尼無受迫模式與阻尼受迫模式），啟動與停止電機，開 始測量等功能；顯示模塊可W按此時工作模式顯示擺盤瞬時角度、最大幅值、周期時間、衰 減時間、激勵周期W及測量結(jié)果，包括擺振系統(tǒng)的固有周期，阻尼系數(shù)、響應(yīng)相位差等；ARM 處理器通過傳感器輸入接口，采集到雙光眼信號，由于雙光眼采集的脈沖具有一定的相位 差，因此測量系統(tǒng)可W檢測到擺盤目前所在位置及擺動方向，為計算擺盤的固有周期，阻尼 器的阻尼比等提供重要參數(shù)；ARM處理器還可W直接驅(qū)動電機驅(qū)動器，提供脈沖信號、使能 信號與方向信號，W便根據(jù)