太阳能磁悬浮演示仪的制作方法
专利名称：太阳能磁悬浮演示仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种太阳能磁悬浮演示仪。
背景技术：
磁悬浮技术是利用磁铁的同性相斥、异性相吸的原理将物体无机械接触悬浮的技术，它是一门集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学等学科为一体的高新技术。随着电子技术、控制工程、信号处理元器件、电磁理论及新型电磁材料的发展和转子动力学的进展，磁悬浮技术得到了长足的发展，并逐渐走近人们的生活。为了展示磁悬浮技术的原理，更好地让人们感受科技的魅力，激发青少年的学习兴趣，有必要设计一种能自动悬浮并且定量地演示悬浮控制过程的磁悬浮演示仪。传统磁悬浮演示仪有一定的缺陷， 它只能以普通电源为动力来源，悬浮的稳定性差，效果不明显，不能调节悬浮物体的质量， 不能定量显示电磁铁磁性随悬浮物体位置变化的自动调整。
发明内容本实用新型的目的是提供一种多功能太阳能磁悬浮演示仪。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是它是以太阳能为动力，利用线性霍尔传感器检测磁场强度的原理来探测悬浮物体的位置，控制悬浮物体悬浮状态的。本装置主要由太阳能电池、主控制电路、电压显示电路、电磁铁等四个模块组成。将太阳能电池固定在磁悬浮演示仪顶端，通过驱动电路连接到可充电的蓄电池为装置提供直流电。将数字电压表和电磁铁分别固定在演示仪的前端和上端，并连接到电压显示电路上，电压显示电路主要是测量并显示电磁铁的电压，由于在悬浮物体自动调整的过程中，电压变化最明显，通过显示电压的变化，可以更直观地演示电磁铁磁性的变化。电磁铁由线圈和可调节高度的铁芯组成，铁芯的高度决定电磁铁的磁性强度，因此通过调节电磁铁内铁芯的高度， 可以改变悬浮稳定状态下的悬浮物体的质量。主控制电路中的线性霍尔传感器固定在电磁铁正下端，当霍尔传感器在5V的稳定电压下工作时，其输出端电压正比于探测到的悬浮物体上端磁铁的磁感应强度，当霍尔传感器与悬浮物体的距离增大时，其输出端电压减小，反之增大。当放上质量合适的悬浮物体时，传感器检测到不同的位移信号时，电路通过控制电磁铁磁性，使悬浮物体稳定在距离传感器20mm的位置，进而实现磁悬浮现象并在数字电压表上定量地演示电磁铁磁性的动态变化。由于铁芯高度调节范围为0-15mm，因此悬浮物体质量调节范围为50-150g。本实用新型的有益效果是，利用太阳能驱动电路，可以随时储存电能，使用时间长，同时也能起到演示太阳能利用的教学目的。利用线性霍尔传感器检测悬浮物体位移， 控制电路调控电磁铁磁性，电压显示模块定量演示电磁铁磁性变化，增强了物理演示实验的可信度和精确度。相对其他磁悬浮演示装置，本装置具有结构简单、操作方便等优点，并且采用新颖的有机玻璃的结构造型，所有功能部件均为通体透明一目了然，增强了物理演示实验的可信度。
图1为太阳能磁悬浮演示仪的装置示意图。图2为电磁铁结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图本实用新型的具体结构作进一步说明。图中，1-太阳能电池，2-电磁铁，3-数字电压表，4-线性霍尔传感器，5-永磁体， 6-悬浮物体，7-电路盒，8-电池盒，9-铁芯，10-线圈。将太阳能电池1固定在磁悬浮演示仪支架顶端，通过驱动电路连接到电池盒8的蓄电池为装置提供直流电。将数字电压表3固定在演示仪的前端，连接到电路盒7中的电压显示电路上。电磁铁2是由铁芯9和线圈10组成的，通过调节铁芯9的高度，可以改变电磁铁的磁性，因此可以用以更换不同质量的悬浮物体6进行悬浮实验。主控制电路中的线性霍尔传感器4固定在电磁铁2的正下端，将永磁体5以N级向上地固定在悬浮物体6 的上部。打开蓄电池的电源开关，蓄电池输出直流电，线性霍尔传感器4在5V的稳定电压下工作时，其输出端电压正比于探测到的悬浮物体6上端永磁体5的磁感应强度。当放上质量合适的悬浮物体6时，电路通过控制电磁铁磁性，使悬浮物体5稳定在距离传感器4大约20mm的位置，数字电压表3此时可以动态地显示电磁铁2的电压，这样就可以实现了磁悬浮的现象和定量演示电磁铁磁性的动态变化过程。本实用新型可以精确而直观地演示磁悬浮的物理现象。以太阳能为动力，既可以克服供电的影响，同时也能演示太阳能利用，达到双重演示的教学效果。本实用新型利用线性霍尔传感器来探测悬浮物体的位移，通过A/D转换技术显示变化的电压，控制电路调控电磁铁电压，并设计了可调整高度的电磁铁铁芯的方案，实现了悬浮物体质量的可变效果， 性能稳定、操作方便，并且采用新颖的有机玻璃的结构造型，所有功能部件均为通体透明一目了然，增强了物理演示实验的精确度和可信度，在实际应用中取得了良好的教学效果。
权利要求1. 一种太阳能磁悬浮演示仪，由太阳能电池、主控制电路、电压显示电路、电磁铁等四个模块组成，将太阳能电池板固定在磁悬浮演示仪顶端，通过驱动电路连接到可充电的蓄电池为装置提供直流电，其特征是该太阳能磁悬浮演示仪采用有机玻璃构造，电磁铁内的铁芯高度调节范围为0-15mm，悬浮物体质量为50_150g。
专利摘要本实用新型提供了一种太阳能磁悬浮演示仪，它是以太阳能为动力，利用线性霍尔传感器检测磁场强度的原理来探测悬浮物位置，控制物体实现悬浮的。具体是将太阳能电池板固定在装置支架顶端，通过驱动电路连接到电池盒的蓄电池为装置提供直流电。数字电压表固定在演示仪的前端，连接电压显示电路。电磁铁由铁芯和线圈组成的，调节铁芯的高度可改变电磁铁磁性，用以调节不同质量的悬浮物实现悬浮。线性霍尔传感器固定在电磁铁的下端，将永磁体固定在悬浮物的上部。传感器输出端电压正比于探测到的磁感应强度。放上质量合适的悬浮物时，电路可控制电磁铁磁性，使悬浮物体维持悬浮状态，数字电压表可显示电磁铁的电压，从而实现悬浮现象的定量演示效果。
文档编号G09B23/06GK202049643SQ20112006226
公开日2011年11月23日 申请日期2011年3月5日 优先权日2011年3月5日
发明者吴飞斌, 张晋平, 赵吉庆, 陈文娟 申请人:中国石油大学(华东)
技术领域：
本实用新型涉及一种太阳能磁悬浮演示仪。
背景技术：
磁悬浮技术是利用磁铁的同性相斥、异性相吸的原理将物体无机械接触悬浮的技术，它是一门集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学等学科为一体的高新技术。随着电子技术、控制工程、信号处理元器件、电磁理论及新型电磁材料的发展和转子动力学的进展，磁悬浮技术得到了长足的发展，并逐渐走近人们的生活。为了展示磁悬浮技术的原理，更好地让人们感受科技的魅力，激发青少年的学习兴趣，有必要设计一种能自动悬浮并且定量地演示悬浮控制过程的磁悬浮演示仪。传统磁悬浮演示仪有一定的缺陷， 它只能以普通电源为动力来源，悬浮的稳定性差，效果不明显，不能调节悬浮物体的质量， 不能定量显示电磁铁磁性随悬浮物体位置变化的自动调整。
发明内容本实用新型的目的是提供一种多功能太阳能磁悬浮演示仪。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是它是以太阳能为动力，利用线性霍尔传感器检测磁场强度的原理来探测悬浮物体的位置，控制悬浮物体悬浮状态的。本装置主要由太阳能电池、主控制电路、电压显示电路、电磁铁等四个模块组成。将太阳能电池固定在磁悬浮演示仪顶端，通过驱动电路连接到可充电的蓄电池为装置提供直流电。将数字电压表和电磁铁分别固定在演示仪的前端和上端，并连接到电压显示电路上，电压显示电路主要是测量并显示电磁铁的电压，由于在悬浮物体自动调整的过程中，电压变化最明显，通过显示电压的变化，可以更直观地演示电磁铁磁性的变化。电磁铁由线圈和可调节高度的铁芯组成，铁芯的高度决定电磁铁的磁性强度，因此通过调节电磁铁内铁芯的高度， 可以改变悬浮稳定状态下的悬浮物体的质量。主控制电路中的线性霍尔传感器固定在电磁铁正下端，当霍尔传感器在5V的稳定电压下工作时，其输出端电压正比于探测到的悬浮物体上端磁铁的磁感应强度，当霍尔传感器与悬浮物体的距离增大时，其输出端电压减小，反之增大。当放上质量合适的悬浮物体时，传感器检测到不同的位移信号时，电路通过控制电磁铁磁性，使悬浮物体稳定在距离传感器20mm的位置，进而实现磁悬浮现象并在数字电压表上定量地演示电磁铁磁性的动态变化。由于铁芯高度调节范围为0-15mm，因此悬浮物体质量调节范围为50-150g。本实用新型的有益效果是，利用太阳能驱动电路，可以随时储存电能，使用时间长，同时也能起到演示太阳能利用的教学目的。利用线性霍尔传感器检测悬浮物体位移， 控制电路调控电磁铁磁性，电压显示模块定量演示电磁铁磁性变化，增强了物理演示实验的可信度和精确度。相对其他磁悬浮演示装置，本装置具有结构简单、操作方便等优点，并且采用新颖的有机玻璃的结构造型，所有功能部件均为通体透明一目了然，增强了物理演示实验的可信度。
图1为太阳能磁悬浮演示仪的装置示意图。图2为电磁铁结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图本实用新型的具体结构作进一步说明。图中，1-太阳能电池，2-电磁铁，3-数字电压表，4-线性霍尔传感器，5-永磁体， 6-悬浮物体，7-电路盒，8-电池盒，9-铁芯，10-线圈。将太阳能电池1固定在磁悬浮演示仪支架顶端，通过驱动电路连接到电池盒8的蓄电池为装置提供直流电。将数字电压表3固定在演示仪的前端，连接到电路盒7中的电压显示电路上。电磁铁2是由铁芯9和线圈10组成的，通过调节铁芯9的高度，可以改变电磁铁的磁性，因此可以用以更换不同质量的悬浮物体6进行悬浮实验。主控制电路中的线性霍尔传感器4固定在电磁铁2的正下端，将永磁体5以N级向上地固定在悬浮物体6 的上部。打开蓄电池的电源开关，蓄电池输出直流电，线性霍尔传感器4在5V的稳定电压下工作时，其输出端电压正比于探测到的悬浮物体6上端永磁体5的磁感应强度。当放上质量合适的悬浮物体6时，电路通过控制电磁铁磁性，使悬浮物体5稳定在距离传感器4大约20mm的位置，数字电压表3此时可以动态地显示电磁铁2的电压，这样就可以实现了磁悬浮的现象和定量演示电磁铁磁性的动态变化过程。本实用新型可以精确而直观地演示磁悬浮的物理现象。以太阳能为动力，既可以克服供电的影响，同时也能演示太阳能利用，达到双重演示的教学效果。本实用新型利用线性霍尔传感器来探测悬浮物体的位移，通过A/D转换技术显示变化的电压，控制电路调控电磁铁电压，并设计了可调整高度的电磁铁铁芯的方案，实现了悬浮物体质量的可变效果， 性能稳定、操作方便，并且采用新颖的有机玻璃的结构造型，所有功能部件均为通体透明一目了然，增强了物理演示实验的精确度和可信度，在实际应用中取得了良好的教学效果。
权利要求1. 一种太阳能磁悬浮演示仪，由太阳能电池、主控制电路、电压显示电路、电磁铁等四个模块组成，将太阳能电池板固定在磁悬浮演示仪顶端，通过驱动电路连接到可充电的蓄电池为装置提供直流电，其特征是该太阳能磁悬浮演示仪采用有机玻璃构造，电磁铁内的铁芯高度调节范围为0-15mm，悬浮物体质量为50_150g。
专利摘要本实用新型提供了一种太阳能磁悬浮演示仪，它是以太阳能为动力，利用线性霍尔传感器检测磁场强度的原理来探测悬浮物位置，控制物体实现悬浮的。具体是将太阳能电池板固定在装置支架顶端，通过驱动电路连接到电池盒的蓄电池为装置提供直流电。数字电压表固定在演示仪的前端，连接电压显示电路。电磁铁由铁芯和线圈组成的，调节铁芯的高度可改变电磁铁磁性，用以调节不同质量的悬浮物实现悬浮。线性霍尔传感器固定在电磁铁的下端，将永磁体固定在悬浮物的上部。传感器输出端电压正比于探测到的磁感应强度。放上质量合适的悬浮物时，电路可控制电磁铁磁性，使悬浮物体维持悬浮状态，数字电压表可显示电磁铁的电压，从而实现悬浮现象的定量演示效果。
文档编号G09B23/06GK202049643SQ20112006226
公开日2011年11月23日 申请日期2011年3月5日 优先权日2011年3月5日
发明者吴飞斌, 张晋平, 赵吉庆, 陈文娟 申请人:中国石油大学(华东)
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