發(fā)布時間：2021-02-03 01:15

　　將紅外反射傳感器應(yīng)用于三線擺周期測量裝置,通過紅外反射傳感器將三線擺下盤的扭擺轉(zhuǎn)換成電壓信號的變化,利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集并在電腦上實時顯示與存儲.改進后的實驗裝置相對誤差僅有0.19%,準確度更高,調(diào)節(jié)簡便、可靠性高. 

【文章來源】：物理實驗. 2019,39(01)

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

圖１實驗裝置示意圖

０．３９ｓ，得到三線擺扭擺周期為１．３４６ｓ．根據(jù)三線擺轉(zhuǎn)動慣量的實驗公式［９］：Ｊ實＝ＭｇＲｒ４π２ＨＴ２，（２）代入數(shù)據(jù)后，可以計算出三線擺下盤的轉(zhuǎn)動慣量Ｊ實＝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量裝置的測量結(jié)果將基于紅外反射傳感器的三線擺周期測量裝置生成的的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間的關(guān)系圖２顯示，紅外反射傳感器輸出電壓隨時間周期性出現(xiàn)“平頂寬峰－峽谷－平頂窄峰－峽谷…”，這個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，擋光棒反光效果較差，說明擋光棒離開了紅外反射傳感器；峽谷出現(xiàn)時，擋光棒反光效果較好，說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，擋光棒近似做簡諧運動．平頂寬峰的時間比平頂窄峰時間長，說明紅外反射傳感器不在擋光棒運動的平衡位置．峽谷時間較短，說明擋光棒比較細且經(jīng)過紅外反射傳感器時的速率較大．在平頂寬峰和平頂窄峰處４２物理實驗第３９卷

機出現(xiàn)的毛刺信號，但是它們的頻率與三線擺的運動無關(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時的曲線從圖３可見，中心電壓下拉為０后，曲線整體相當于交流信號．消除了直流成分的影響后便可以直接進行傅里葉變換，以便將不同頻率的信號分開．利用Ｏｒｉｇｉｎ７．５軟件的ＦＦＴ功能對圖３進行快速傅里葉變換，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個比較明顯的峰，其中，第１個峰強度最大，它應(yīng)該是三線擺的扭擺造成的，里面蘊含著三線擺扭擺周期的信息．第３，５，７，９，１０個峰分別是第１個峰的２，３，４，５，６倍頻．第２，４，６，８，１１個峰代表其他運動形式．為精確讀出第１個峰的中心峰位，采用Ｏｒｉ－ｇｉｎ軟件的（ｌｉｎｅ＋ｓｙｍｂｏｌ）功能畫圖并將第１個峰所在部分進行放大，如圖５所示．圖５中，由于第１個峰左右并不對稱，最上面的２個點處于峰頂或太靠近峰頂，不容易準確找到中心峰位．因此，選擇第３個點，定義為Ａ點．從Ａ點作水平線與曲線交于點Ｂ，讀出Ａ和Ｂ的橫坐標分別為１．４０Ｈｚ和１


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