• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      基于DISLab瞬時(shí)速度連續(xù)性的測(cè)量研究

      2013-10-25 02:47:42朱文靜陳江洪李紀(jì)強(qiáng)薛紅霞丁益民
      大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) 2013年3期
      關(guān)鍵詞:微分導(dǎo)軌小車(chē)

      朱文靜,陳江洪,李紀(jì)強(qiáng),薛紅霞,丁益民

      (湖北大學(xué),湖北 武漢 430062)

      速度的測(cè)量是物理實(shí)驗(yàn)[1]中的基本測(cè)量。常見(jiàn)的測(cè)速方法[2]有:打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速法、光電計(jì)時(shí)器測(cè)速法、超聲波測(cè)速法等。這些普通的測(cè)速法一般只能測(cè)某固定點(diǎn)的瞬時(shí)速度或一段時(shí)間的平均速度,無(wú)法測(cè)出運(yùn)動(dòng)物體連續(xù)的瞬時(shí)速度。然而利用 DISLab[3-4]位移傳感器測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體位移,經(jīng)數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)連接,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量和顯示位移隨時(shí)間的變化規(guī)律。理論上利用DISLab的求導(dǎo)功能,將位移對(duì)時(shí)間求導(dǎo),即可得到小車(chē)每一時(shí)刻的瞬時(shí)速度。實(shí)際上,經(jīng)多次實(shí)際測(cè)量后發(fā)現(xiàn),實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果與實(shí)際結(jié)果差異較大,說(shuō)明DISLab位移傳感器在測(cè)量連續(xù)的瞬時(shí)速度時(shí)存在局限性。

      經(jīng)分析及改進(jìn)得到,可將小車(chē)的位移隨時(shí)間變化的信號(hào)轉(zhuǎn)換為呈線性關(guān)系的電信號(hào),對(duì)電信號(hào)進(jìn)行微分放大處理后,再經(jīng)DISLab電壓傳感器采集并輸入計(jì)算機(jī),即可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量和顯示小車(chē)的瞬時(shí)速度隨時(shí)間的變化規(guī)律,從而達(dá)到了連續(xù)測(cè)量瞬時(shí)速度的目的。

      1 實(shí)驗(yàn)原理

      理論上,通過(guò)DISLab位移傳感器可得到小車(chē)連續(xù)的瞬時(shí)速度。

      將導(dǎo)軌調(diào)節(jié)到同一傾斜度保持不變,小車(chē)從頂端自由滑下做加速直線運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)軌一端固定位移傳感器的接收裝置,在小車(chē)上固定位移傳感器的發(fā)射裝置。分別將采集頻率調(diào)節(jié)到50Hz、20Hz、10Hz,用DISLab軟件中的圖像法處理DISLab位移傳感器采集的小車(chē)各個(gè)時(shí)刻的位移,得到位移對(duì)時(shí)間求導(dǎo)曲線,得出圖像大致相同,從而排除了采樣頻率對(duì)瞬時(shí)速度測(cè)量結(jié)果的影響。圖1為采樣頻率為10Hz時(shí)的實(shí)驗(yàn)圖像:

      圖1 采樣頻率為10Hz時(shí)的實(shí)驗(yàn)圖像

      平滑曲線是小車(chē)的位移-時(shí)間曲線,另一條有波動(dòng)的曲線是位移對(duì)時(shí)間求導(dǎo)后小車(chē)的速度-時(shí)間曲線。實(shí)際上,小車(chē)從頂端自由滑下做加速直線運(yùn)動(dòng),理論上應(yīng)得到一條直線,這與實(shí)際結(jié)果明顯不符。

      經(jīng)分析,求導(dǎo)結(jié)果與實(shí)際結(jié)果有明顯差異的原因是DISLab采集的數(shù)據(jù)是離散的,求導(dǎo)是對(duì)離散點(diǎn)求導(dǎo),由于采樣頻率有限,從而導(dǎo)致求導(dǎo)的誤差很大。

      為了達(dá)到連續(xù)測(cè)量瞬時(shí)速度的目的,在基于DISLab的實(shí)驗(yàn)裝置基礎(chǔ)上作了如下改進(jìn):

      如圖2所示,導(dǎo)軌由兩根電阻線組成,兩根電阻線由固定在小車(chē)的滑片導(dǎo)通。電阻線長(zhǎng)度固定為L(zhǎng),其中一條電阻線加上恒定電壓U。小車(chē)在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng),通過(guò)小車(chē)上的金屬滑片將電路分壓部分的電壓引出得到ui。將ui微分放大,經(jīng)電壓傳感器采集數(shù)據(jù),輸入到計(jì)算機(jī)上。

      圖2 瞬時(shí)速度連續(xù)測(cè)量原理圖

      1.1 信號(hào)轉(zhuǎn)換

      在導(dǎo)軌兩端接入恒定電壓U。如圖3,閉合開(kāi)關(guān)J1,指示燈亮說(shuō)明電路已經(jīng)接通。令k=U/L,其中U為長(zhǎng)度為L(zhǎng)的電阻線兩端電壓。k值可通過(guò)調(diào)節(jié)滑線變阻器改變U的大小來(lái)改變其大小。k值根據(jù)測(cè)量速度的大小來(lái)定,如果測(cè)量速度小,k值可適當(dāng)取大一些,使輸出電壓盡量不要太小致使誤差過(guò)大;如果測(cè)量速度大,k的值可適當(dāng)取小一些,避免輸出電超過(guò)電壓傳感器量程。

      圖3 導(dǎo)軌原理圖

      1.2 信號(hào)的微分放大處理

      運(yùn)用Multisim軟件設(shè)計(jì)電路圖對(duì)ui先微分后放大,由于實(shí)驗(yàn)室中電壓傳感器量程過(guò)大,而微分過(guò)后的信號(hào)電壓幅值過(guò)小,測(cè)得結(jié)果誤差較大。為了減小誤差,故引入放大電路,并通過(guò)多次仿真找到理想情況下最合適的元件參數(shù),使放大后的電壓剛好處于傳感器最佳測(cè)量范圍。電路圖如下圖4所示:

      根據(jù)微分放大電路[5-8]的原理,推導(dǎo)可知,ui與u02的關(guān)系如下:

      圖4 微分放大電路

      由(1)(2)(3)式可以最終得到物體運(yùn)動(dòng)的連續(xù)速度大?。?-10]:

      根據(jù)測(cè)量需要及仿真效果取R5=49.5Ω,R1=100kΩ,C1=100nF,得

      1.3 信號(hào)的采集

      通過(guò)USB傳輸線,將電壓傳感器與計(jì)算機(jī)連接,再用電壓傳感器采集信號(hào),可實(shí)時(shí)測(cè)量和顯示速度與時(shí)間的變化規(guī)律,數(shù)據(jù)形式可由圖像形式、表格形式記錄。

      2 實(shí)驗(yàn)裝置與步驟

      實(shí)驗(yàn)裝置使用的器材主要包括導(dǎo)軌、小車(chē)、滑片、電阻線、電路板、萬(wàn)用表、電壓傳感器、學(xué)生電源以及電腦等。

      實(shí)驗(yàn)基本步驟:

      (1)取L=1m,閉合開(kāi)關(guān)J1,調(diào)節(jié)滑線變阻器使U=k(單位:v/m);

      (2)用JWY-30電源給微分放大電路提供工作電壓。調(diào)節(jié)電源電壓,使兩個(gè)電源電壓都達(dá)到15V穩(wěn)定電壓;

      (3)連接DISLab傳感器。將DISLab傳感器1和2通過(guò)USB傳輸線連接到計(jì)算機(jī)上,電壓傳感器1的輸入端接至ui,電壓傳感器2的輸入端接著u02;

      (4)將小車(chē)放在軌道的一端,在電腦上運(yùn)行DISLab實(shí)驗(yàn)軟件,打開(kāi)通道1和2,調(diào)零,然后添加電壓U關(guān)于時(shí)間t的變化曲線;

      (5)啟動(dòng)軟件記錄曲線和表格,并立即滑動(dòng)小車(chē),小車(chē)的運(yùn)動(dòng)圖線及實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)即顯示在電腦上。

      3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析及討論

      3.1 實(shí)驗(yàn)圖線

      實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示,由圖像可知,中間部分近似為一條直線,表示小車(chē)做勻加速運(yùn)動(dòng),后半部分是小車(chē)由于碰撞產(chǎn)生了振動(dòng)的結(jié)果。

      圖5 實(shí)驗(yàn)圖線

      3.2 數(shù)據(jù)分析

      用DISlab采集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表:

      表1

      用Excel將表1中的數(shù)據(jù)擬合如圖6所示。

      圖6 數(shù)據(jù)擬合

      從圖6可以看出,u02隨時(shí)間的增加而增大,R2=0.908 7[9]說(shuō)明數(shù)據(jù)點(diǎn)線性相關(guān)性非常好,接近一條直線,與理論結(jié)果相符。

      4 結(jié) 論

      實(shí)驗(yàn)先將小車(chē)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào),再對(duì)電信號(hào)進(jìn)行微分放大處理,再經(jīng)DISLab電壓傳感器采集并輸入計(jì)算機(jī),實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量的目的,并且利用采集信號(hào)可以直接顯示速度隨時(shí)間的變化運(yùn)動(dòng)圖像和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),方便數(shù)據(jù)的處理。該方案不僅彌補(bǔ)了普通測(cè)速法不能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)物體瞬時(shí)速度連續(xù)測(cè)量的缺點(diǎn),而且還具有響應(yīng)時(shí)間短、測(cè)量精度高等特點(diǎn),在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中具有一定的實(shí)際意義。

      [1] 丁益民,徐揚(yáng)子.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].北京:科學(xué)出版社,2008:75-78.

      [2] 張欣,劉筠.瞬時(shí)速度測(cè)量方法的探討[J].高校理科研究,2008:502-503.

      [3] 蔡春華.利用“朗威LlongwillTM”探究瞬時(shí)速度和平均速度的關(guān)系[J].物理實(shí)驗(yàn),2009,29(5):25-27.

      [4] 鄧華,仲扣莊.用DIS探究瞬時(shí)速度和平均速度的關(guān)系[J].物理教師,2007,3(1):12-13.

      [5] 康華光,電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:中國(guó)高等教育出版社,2002:156-168.

      [6] 朱幼娟.微分電路的頻率特性和實(shí)驗(yàn)分析[J].常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2009,8(3):1-4.

      [7] 趙文博.常用集成電路速查手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社出版,2004:59-61.

      [8] 王冠華.Multisim10電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2008:38-65.

      [9] 董毅.統(tǒng)計(jì)中一些相關(guān)系數(shù)的關(guān)系及其在投資組合中的應(yīng)用研究[J].蚌埠學(xué)院學(xué)報(bào),2012(1):1-4.

      [10] 翟林萍等.利用 PISLab溫度傳感器則金屬比熱容[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn),2010(4):6-8.

      猜你喜歡
      微分導(dǎo)軌小車(chē)
      棒與導(dǎo)軌問(wèn)題分類(lèi)例析
      擬微分算子在Hp(ω)上的有界性
      大車(chē)?yán)≤?chē)
      自制小車(chē)來(lái)比賽
      上下解反向的脈沖微分包含解的存在性
      電梯導(dǎo)軌支架檢驗(yàn)探討
      劉老師想開(kāi)小車(chē)
      文苑(2018年22期)2018-11-19 02:54:18
      兩輪自平衡小車(chē)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
      電子制作(2018年8期)2018-06-26 06:43:02
      一種電動(dòng)車(chē)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
      借助微分探求連續(xù)函數(shù)的極值點(diǎn)
      宕昌县| 孝感市| 英山县| 金沙县| 萍乡市| 定远县| 富顺县| 永康市| 南汇区| 曲周县| 分宜县| 大渡口区| 阳谷县| 西吉县| 揭西县| 青冈县| 桐乡市| 武宁县| 广水市| 泸定县| 和硕县| 金华市| 饶河县| 会同县| 双桥区| 桐城市| 广丰县| 雷山县| 博湖县| 五大连池市| 萨嘎县| 成武县| 彭泽县| 临沂市| 辽宁省| 青川县| 石阡县| 扎赉特旗| 海兴县| 定陶县| 慈溪市|