阅读说明：本技术 一种高精度三线摆实验装置 (High-precision three-line pendulum experimental device ) 是由 魏斌 魏明生 王道光 王光楠 陈尚书 郑凯文 于 2019-11-14 设计创作，主要内容包括：一种高精度三线摆实验装置,包括支架,上圆盘、下圆盘、步进电机、电机座、角度传感器、霍尔传感器、传感器支架、小磁针。支架包括底座、支柱和横梁,横梁中部具有轴承,上圆盘中部具有转轴,转轴位于轴承中,下圆盘通过三根细绳连接在上圆盘上,电机座固定在横梁中部,步进电机固定在电机座上,步进电机的输出轴通过传动轴与上圆盘的转轴相连。本发明的三线摆通过步进电机精确控制和调节上方小圆盘的转动角度,实现对转动角度的精确控制；角度传感器可以自动测量是否水平；通过霍尔传感器来检测圆盘转动的角度实现对周期的计数和计时；通过单片机进行计算控制,将测量的数据代入公式,单片机会自动得出结果。(The utility model provides a three line pendulum experimental apparatus of high accuracy, includes the support, goes up disc, lower disc, step motor, motor cabinet, angle sensor, hall sensor, sensor support, little magnetic pin. The support comprises a base, a support column and a cross beam, wherein a bearing is arranged in the middle of the cross beam, a rotating shaft is arranged in the middle of an upper disc, the rotating shaft is positioned in the bearing, a lower disc is connected onto the upper disc through three strings, a motor base is fixed in the middle of the cross beam, a stepping motor is fixed on the motor base, and an output shaft of the stepping motor is connected with the rotating shaft of the upper disc through a transmission shaft. The three-wire pendulum accurately controls and adjusts the rotation angle of the upper small disc through the stepping motor, so that the rotation angle is accurately controlled; the angle sensor can automatically measure whether the water is level or not; the rotating angle of the disc is detected through a Hall sensor to realize the counting and timing of the period; the singlechip is used for calculation control, measured data is substituted into a formula, and the singlechip can automatically obtain a result.)

一种高精度三线摆实验装置

技术领域

本发明涉及实验仪器，具体涉及一种高精度三线摆实验装置。

背景技术

目前，实验室使用的测量转动惯量的仪器为普通三线摆实验装置，该装置在支架上方有一个滑轮均匀的分布三根线，由三根线连接一小圆盘。实验中，首先调节三根线的长度使下方圆盘水平，其次，学生手动转动支架上方连接三根线的滑轮，给系统一个转量，然后通过下面的光电门传感器系统测量下方托盘的转动时间。最后通过转动时间、细线的长度等参数计算出系统的转动惯量。目前使用的三线摆转动罐凉茶测量实验装置存在以下不足之处：

(1)测量时，需要人为拨动上方小圆盘，快速拨转一定小于5度的角度，但学生很难精确地把转角稳定在5度以内，转的角度过小，下方大圆盘会转不动，转的角度过大，会致使实验结果不准确。

(2)实验前，要进行人为水平校对，并通过改变细线长度来保持水平，利用学生手动转动但人为只能做到粗略，并不能更精确地保持水平；

(3)拨动圆盘后，学生开始计数，每50个周期记一次时间，计三次取均值。学生计数使用的是秒表，这样不仅会造成很大时间误差，还会浪费时间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种的三线摆，以克服现有三线摆的不足。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案具体如下：

三线摆，包括支架，上圆盘和下圆盘，支架包括底座、支柱和横梁，支柱竖直固定在底座上，横梁固定在支柱上端，横梁中部具有轴承，上圆盘中部具有转轴，转轴位于轴承中，下圆盘通过三根细绳连接在上圆盘上，细绳的一端固定在下圆盘上，细绳的另一端缠绕在调节螺栓上，调节螺栓螺接在上圆盘的外周上，还包括步进电机、电机座和控制器，电机座固定在横梁中部，步进电机固定在电机座上，步进电机的输出轴通过传动轴与上圆盘的转轴相连，步进电机与控制器相连。

进一步的，所述底座上还安装有三个调平垫脚。

进一步的，还包括角度传感器，角度传感器固定在所述下圆盘中部，角度传感器与控制器信号连接。

进一步的，还包括霍尔传感器、传感器支架和小磁针，传感器支架固定在所述底座上，霍尔传感器固定在传感器支架上，小磁针的一端固定在下圆盘的外周上，小磁针的另一端朝向霍尔传感器。

进一步的，所述控制器为单片机。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

(1)通过步进电机精确控制和调节上方小圆盘的转动角度，实现对转动角度的精确控制；

(2)角度传感器可以自动测量是否水平，若不水平，并发出声光提示；

(3)通过霍尔传感器来检测圆盘转动的角度实现对周期的计数和计时；

(4)通过单片机进行计算控制，将测量的数据代入公式，单片机会自动得出结果，自动化程度高。

附图说明

图1为本发明实施例中的三线摆；

图1中，1-底座，2-支柱，3-横梁，4-轴承，5-上圆盘，6-细绳，7-下圆盘，8-传动轴，9-步进电机，10-电机座，11-调节螺栓，12-角度传感器，13-调平垫脚，14-霍尔传感器，15-小磁针。

具体实施方式

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下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1所示，一种三线摆，包括支架，上圆盘5和下圆盘7，支架包括底座1、支柱2和横梁3，支柱2竖直固定在底座1上，底座1上安装有三个调平垫脚13，横梁3固定在支柱2上端，横梁3中部具有轴承4，上圆盘5中部具有转轴，转轴位于轴承4中。下圆盘7通过三根细绳6连接在上圆盘5上，细绳6的一端固定在下圆盘7上，细绳6的另一端缠绕在调节螺栓11上，调节螺栓11螺接在上圆盘4的外周上。此外，还包括步进电机9、电机座10和单片机。电机座10固定在横梁3中部，步进电机9固定在电机座10上，步进电机9的输出轴通过传动轴8与上圆盘5的转轴相连，步进电机9与单片机相连。角度传感器12固定在下圆盘7中部，角度传感器12与单片机信号连接。传感器支架固定在底座1上，霍尔传感器14固定在传感器支架上，小磁针15的一端固定在下圆盘7的外周上，小磁针15的另一端朝向霍尔传感器14。

具体的，采用TB6600步进电机，实现准确控制拨转角度5度，采用MPU6050角度传感器，实现三线摆的水平，采用3144霍尔传感器，实现对周期的计数和计时，采用STM32F103单片机，实现各个功能的控制。

测量之前，打开电源，角度传感器12会立刻将测得的角度传给单片机，如果不水平，蜂鸣器会响，之后调节调平垫脚13，水平方向上的角度小于设定的值时，角度传感器将不再提示，视为平衡，这样就不仅仅是凭人眼去判断是否水平，采用此方法将会大大提高测量精确度。

按下开始按键后，单片机会给步进电机9一个信号，让它带动上圆盘5快速转动5度角然后复位，上圆盘5带动下圆盘7转动，这样拨动角度就很稳定地控制在5度内。当小磁针15经过霍尔传感器14时，霍尔传感器14会给单片机传回高电平，这样就会形成一个类似于正弦波的方波，当有两次高电平时，便计一个周期，这样计50次，第一次小磁针15经过霍尔传感器14时，打开定时器，小磁针15第100次经过霍尔传感器14时，关闭定时器，并将这个值除以50，即为单个周期的时间，这样大大提高了时间的精确性。将该值存入单片机内。之后重复两次上述步骤，将得出的三次时间除以3，存入单片机，将时间带入公式，计算得出结果，在lcd上显示时间与结果，这样的出的结果又准确，又快捷。建一个数组，只有三个元素，每三次试验后，都会清空数组，重新录入时间。