基于红外反射传感器的三线摆周期测量装置

发布时间：2021-02-03 01:15

　　将红外反射传感器应用于三线摆周期测量装置,通过红外反射传感器将三线摆下盘的扭摆转换成电压信号的变化,利用数据采集系统采集并在电脑上实时显示与存储.改进后的实验装置相对误差仅有0.19%,准确度更高,调节简便、可靠性高. 

【文章来源】：物理实验. 2019,39(01)

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

图１实验装置示意图

０．３９ｓ，得到三线摆扭摆周期为１．３４６ｓ．根据三线摆转动惯量的实验公式［９］：Ｊ实＝ＭｇＲｒ４π２ＨＴ２，（２）代入数据后，可以计算出三线摆下盘的转动惯量Ｊ实＝４．７８０×１０－３ｋｇ·ｍ２，与理论值相比，Ｅｒ＝０．４８％．３．２基于红外反射传感器的三线摆周期测量装置的测量结果将基于红外反射传感器的三线摆周期测量装置生成的的Ｅｘｃｅｌ数据用Ｏｒｉｇｉｎ７．５软件画图，得到ＴＣＲＴ５０００输出的电压与时间的关系，如图２所示．图２红外反射传感器输出的电压与时间的关系图２显示，红外反射传感器输出电压随时间周期性出现“平顶宽峰－峡谷－平顶窄峰－峡谷…”，这个周期与三线摆的扭摆周期相关．结合ＴＣＲＴ５０００输出特性，分析可知：平顶宽峰和平顶窄峰出现时，挡光棒反光效果较差，说明挡光棒离开了红外反射传感器；峡谷出现时，挡光棒反光效果较好，说明挡光棒在红外反射传感器下方附近．三线摆做小角度扭摆时，挡光棒近似做简谐运动．平顶宽峰的时间比平顶窄峰时间长，说明红外反射传感器不在挡光棒运动的平衡位置．峡谷时间较短，说明挡光棒比较细且经过红外反射传感器时的速率较大．在平顶宽峰和平顶窄峰处４２物理实验第３９卷

机出现的毛刺信号，但是它们的频率与三线摆的运动无关．采用合适的数据处理方法可以求得三线摆扭摆的周期．为了将不同频率的成分分开，可以进行快速傅里叶变换．为了消除直流成分的干扰，首先，利用Ｏｒｉｇｉｎ７．５软件ｃａｌｃｕｌｕｓ下的ｉｎｔｅｇｒａｔｅ功能计算图２中曲线与横轴围成的面积，得到总面积是６３．１９４２０５，用它除以１５后得到平均值为４．２１３Ｖ．将图２中数据统一减去４．２１３，将曲线下拉成幅度关于横轴大体对称，即中心电压下拉为０的位置，如图３所示．图３中心电压为０时的曲线从图３可见，中心电压下拉为０后，曲线整体相当于交流信号．消除了直流成分的影响后便可以直接进行傅里叶变换，以便将不同频率的信号分开．利用Ｏｒｉｇｉｎ７．５软件的ＦＦＴ功能对图３进行快速傅里叶变换，结果如图４所示．图４傅里叶变换结果图４中，可以观察到１１个比较明显的峰，其中，第１个峰强度最大，它应该是三线摆的扭摆造成的，里面蕴含着三线摆扭摆周期的信息．第３，５，７，９，１０个峰分别是第１个峰的２，３，４，５，６倍频．第２，４，６，８，１１个峰代表其他运动形式．为精确读出第１个峰的中心峰位，采用Ｏｒｉ－ｇｉｎ软件的（ｌｉｎｅ＋ｓｙｍｂｏｌ）功能画图并将第１个峰所在部分进行放大，如图５所示．图５中，由于第１个峰左右并不对称，最上面的２个点处于峰顶或太靠近峰顶，不容易准确找到中心峰位．因此，选择第３个点，定义为Ａ点．从Ａ点作水平线与曲线交于点Ｂ，读出Ａ和Ｂ的横坐标分别为１．４０Ｈｚ和１


本文编号：3015662