將紅外反射傳感器應(yīng)用于三線擺周期測(cè)量裝置,通過(guò)紅外反射傳感器將三線擺下盤的扭擺轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)的變化,利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集并在電腦上實(shí)時(shí)顯示與存儲(chǔ).改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置相對(duì)誤差僅有0.19%,準(zhǔn)確度更高,調(diào)節(jié)簡(jiǎn)便、可靠性高. 

【文章來(lái)源】：物理實(shí)驗(yàn). 2019,39(01)

【文章頁(yè)數(shù)】：4 頁(yè)

【部分圖文】：

圖１實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

０．３９ｓ，得到三線擺扭擺周期為１．３４６ｓ．根據(jù)三線擺轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的實(shí)驗(yàn)公式［９］：Ｊ實(shí)＝ＭｇＲｒ４π２ＨＴ２，（２）代入數(shù)據(jù)后，可以計(jì)算出三線擺下盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Ｊ實(shí)＝４．７８０×１０－３ｋｇ·ｍ２，與理論值相比，Ｅｒ＝０．４８％．３．２基于紅外反射傳感器的三線擺周期測(cè)量裝置的測(cè)量結(jié)果將基于紅外反射傳感器的三線擺周期測(cè)量裝置生成的的Ｅｘｃｅｌ數(shù)據(jù)用Ｏｒｉｇｉｎ７．５軟件畫圖，得到ＴＣＲＴ５０００輸出的電壓與時(shí)間的關(guān)系，如圖２所示．圖２紅外反射傳感器輸出的電壓與時(shí)間的關(guān)系圖２顯示，紅外反射傳感器輸出電壓隨時(shí)間周期性出現(xiàn)“平頂寬峰－峽谷－平頂窄峰－峽谷…”，這個(gè)周期與三線擺的扭擺周期相關(guān)．結(jié)合ＴＣＲＴ５０００輸出特性，分析可知：平頂寬峰和平頂窄峰出現(xiàn)時(shí)，擋光棒反光效果較差，說(shuō)明擋光棒離開了紅外反射傳感器；峽谷出現(xiàn)時(shí)，擋光棒反光效果較好，說(shuō)明擋光棒在紅外反射傳感器下方附近．三線擺做小角度扭擺時(shí)，擋光棒近似做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)．平頂寬峰的時(shí)間比平頂窄峰時(shí)間長(zhǎng)，說(shuō)明紅外反射傳感器不在擋光棒運(yùn)動(dòng)的平衡位置．峽谷時(shí)間較短，說(shuō)明擋光棒比較細(xì)且經(jīng)過(guò)紅外反射傳感器時(shí)的速率較大．在平頂寬峰和平頂窄峰處４２物理實(shí)驗(yàn)第３９卷

機(jī)出現(xiàn)的毛刺信號(hào)，但是它們的頻率與三線擺的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)．采用合適的數(shù)據(jù)處理方法可以求得三線擺扭擺的周期．為了將不同頻率的成分分開，可以進(jìn)行快速傅里葉變換．為了消除直流成分的干擾，首先，利用Ｏｒｉｇｉｎ７．５軟件ｃａｌｃｕｌｕｓ下的ｉｎｔｅｇｒａｔｅ功能計(jì)算圖２中曲線與橫軸圍成的面積，得到總面積是６３．１９４２０５，用它除以１５后得到平均值為４．２１３Ｖ．將圖２中數(shù)據(jù)統(tǒng)一減去４．２１３，將曲線下拉成幅度關(guān)于橫軸大體對(duì)稱，即中心電壓下拉為０的位置，如圖３所示．圖３中心電壓為０時(shí)的曲線從圖３可見，中心電壓下拉為０后，曲線整體相當(dāng)于交流信號(hào)．消除了直流成分的影響后便可以直接進(jìn)行傅里葉變換，以便將不同頻率的信號(hào)分開．利用Ｏｒｉｇｉｎ７．５軟件的ＦＦＴ功能對(duì)圖３進(jìn)行快速傅里葉變換，結(jié)果如圖４所示．圖４傅里葉變換結(jié)果圖４中，可以觀察到１１個(gè)比較明顯的峰，其中，第１個(gè)峰強(qiáng)度最大，它應(yīng)該是三線擺的扭擺造成的，里面蘊(yùn)含著三線擺扭擺周期的信息．第３，５，７，９，１０個(gè)峰分別是第１個(gè)峰的２，３，４，５，６倍頻．第２，４，６，８，１１個(gè)峰代表其他運(yùn)動(dòng)形式．為精確讀出第１個(gè)峰的中心峰位，采用Ｏｒｉ－ｇｉｎ軟件的（ｌｉｎｅ＋ｓｙｍｂｏｌ）功能畫圖并將第１個(gè)峰所在部分進(jìn)行放大，如圖５所示．圖５中，由于第１個(gè)峰左右并不對(duì)稱，最上面的２個(gè)點(diǎn)處于峰頂或太靠近峰頂，不容易準(zhǔn)確找到中心峰位．因此，選擇第３個(gè)點(diǎn)，定義為Ａ點(diǎn)．從Ａ點(diǎn)作水平線與曲線交于點(diǎn)Ｂ，讀出Ａ和Ｂ的橫坐標(biāo)分別為１．４０Ｈｚ和１


本文編號(hào)：3015662