一种电磁弹射实验装置及其电磁感应产生电路的制作方法

一种电磁弹射实验装置及其电磁感应产生电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电磁感应实验领域，尤其是涉及一种电磁感应产生电路以及利用该电磁感应电路设计的电磁弹射实验装置。
【背景技术】
[0002]在科学教学领域中，常常需要制作一些实验来验证理论。在各项实验中，电磁弹射实验可以验证电磁学中的多种现象，有着较高的研宄价值。其过程是先对一组电容器充电，再把电容器上的电荷迅速地释放到一个回路，从而建立一个很大的而且快速变化的激励磁场。该磁场被藕合到一个金属体，在金属体内建立感应电动势和涡电流，继而产生一个与激励磁场方向相反的感应磁场，最后金属投射体弹出。
[0003]但是，在执行上述这类演示实验时，电容往往要被充电到一百至几百伏的范围，而累积能量可达到几到几十焦耳，才能获得明显的弹射效果，这种高压下操作实验有潜在的漏电、触电危险，因此实验的设计和操作的安全程度都需要经过充分的考虑。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种安全的电磁感应产生电路。
[0005]本实用新型是通过以下技术方案实现的:一种电磁感应产生电路，包括电源、可控硅整流器、第一电容、放电线圈、继电器、升压充电器、常闭开关和弹簧开关；其中，该常闭按钮的一端与电源连接，另一端与可控硅整流器的阳极连接；该可控硅整流器的阴极连接到继电器的输入端，该继电器的输出端连接电源，从而形成控制回路；该弹簧按钮的一端与电源连接，另一端与可控硅整流器的控制端连接；该升压充电器的输入端的正极与该可控硅整流器的控制端连接，输入端的负极与电源连接，其输出端的正极通过第一电容与继电器的公共端连接，同时，该升压充电器的输出端负极直接与继电器的公共端连接；该放电线圈的一端与该升压充电器的输出端正极连接，其另一端与继电器的常闭端连接。
[0006]进一步，还包括一电压调节器，其串接在可控硅整流器的控制端与升压充电器的输入端之间。
[0007]进一步，还包括一个由串联的第二可变电阻和第二电阻组成的分压单元，其与该第一电容并联。
[0008]进一步，还包括一限压二极管构成的限压元件，其正极与升压充电器的输出端负极连接，负极与升压充电器的输出端正极连接。
[0009]进一步，还包括一第一电阻，其与第一电容并联。
[0010]相对于现有技术，本实用新型电磁感应产生电路，由继电器和电容、主放电线圈组成放电回路，大大降低了由剩余电荷被意外释放时所引起的危险，提高了应用的安全性。
[0011]另外，利用本实用新型的电磁感应产生电路，还提出一种电磁弹射实验装置。包括上述电磁感应产生电路、和设置在该电磁感应产生电路附近的金属弹射体，该金属弹射体设置在一发射管内，该电磁感应产生电路产生快速变化的磁场，该磁场藕合到金属体，引起金属体弹射。
[0012]进一步，还包括一触发信号产生电路和微处理器，该触发信号产生电路分别与该电磁感应产生电路和微处理器电连接，并通过电磁感应产生电路的控制信号触发该微处理器的工作。
[0013]进一步，还包括一电磁吸附器和吸附在电磁吸附器上的金属标靶，该电磁吸附器与该电磁感应产生电路相连接。
[0014]进一步，还包括红外光发射栅组和红外光接收栅组，其相对设置在该电磁吸附器的下方，或者沿径向设置在发射管的管口相对两侧，该红外光接收栅组与该微处理器电连接。
[0015]进一步，还包括一设置在发射管上的激光瞄准器。
[0016]相对于现有技术，本实用新型的电磁弹射实验装置，反应灵敏，记录精准，可以准确地验证抛体运动理论。
[0017]为了能更清晰的理解本实用新型，以下将结合【附图说明】阐述本实用新型的【具体实施方式】。
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型电磁感应产生电路的示意图。
[0019]图2是本实用新型电磁弹射实验系统的结构示意图。
[0020]图3是本实用新型电磁弹射实验装置的电路结构示意图
[0021]图4是利用本实用新型电磁弹射实验装置实测水平射程与理论水平射程的对照。
【具体实施方式】
[0022]请参阅图1，其是本实用新型电磁感应产生电路的示意图。该电磁感应产生电路100包括常闭按钮101、弹簧按钮102、可控硅整流器103、继电器104、电压调节器105、升压充电器106、第一电容107、限压元件108、分压单元109、第一电阻110和放电线圈111。其中，该常闭按钮101的一端与电源正极连接，另一端与可控硅整流器103的阳极连接。该可控硅整流器103的阴极通过一电阻连接到继电器104的线圈端1，该继电器104的另一线圈端2连接电源负极，从而形成控制回路。该弹簧按钮102的一端与电源正极连接，另一端与可控硅整流器103的控制端及电压调节器105的输入端连接。该电压调节器105的输出端与升压充电器106的输入端的正极相连，其电源接口端通过一第一可变电阻与电源的负极连接。该升压充电器106为变压器，其输入端的负极与电源负极连接，其输出端的正极通过第一电容107与继电器104的公共端连接，同时，该升压充电器106的输出端负极直接与继电器104的公共端连接。该放电线圈111的一端与该升压充电器106的输出端正极连接，其另一端与继电器104的常闭端连接。从而，该放电线圈111、电容107和继电器104形成一个串联回路。另外，该分压单元108、限压元件109和第一电阻110分别与该第一电容107并联。
[0023]在初始状态，电源通过常闭按钮102、可控硅整流器103和继电器104形成一控制回路。此时，该弹簧按钮102未被按下而断开，从而该可控硅整流器103的控制端处于断开状态，该控制回路断开，该继电器104没有被激发。此时由于继电器未被激发，由继电器104、升压充电器106的输出端正、负极和放电线圈111组成的输出回路在闭合状态，升压充电器106的输出端正、负极处于同电位，而第一电容107由于与升压充电器106输出端的正、负极并接，第一电容107的正、负极也处于同电位，因此，第一电容107里没有电荷累积，处于稳定状态。
[0024]当按下弹簧按钮102，使得其导通，电源的电压加载到可控硅整流器103的控制端，从而使可控硅整流器103的阴极和阳极导通，进而上述控制回路导通激活，继电器104的输出端断开，上述由继电器104、升压充电器106的输出端正、负极和放电线圈111组成的输出回路在处于断开状态，升压充电器106的输出端正、负极存在电压差，电源电压加到电压调节器105的输入端，该电压调节器105按偏压条件输出一个电压到升压充电器106的输入端正极，升压充电器106继而输出一个较高的电压，对第一电容107进行充电。如果弹簧按钮102 —直被按下，就会一直对电容107进行充电，直到达到最大电压，完成充电过程。
[0025]如果要进行放电，只需按一下常闭按钮101，这时可控硅整流器103的阳极与电源断开，上述控制回路被激退。之后，该控制回路回到闭合状态，第一电容107里累积的电荷从其正极通过放电线圈111和继电器104组成的放电回路回到电容107负极，形成放电状态。由于继电器104输出端保持闭合，放电过程一直持续到所有电荷全部释放，该第一电容107两端电压下降到零为止。在放电过程中，快速变化的电流通过放电线圈111，就会发生电磁感应现象，产生一个较大而且快速变化的磁场。
[0026]另外，在第一电容107上并联的限压元件108为限压二极管，其正极与升压充电器106的输出端负极连接，负极与升压充电器106的输出端正极连接，可以限制最大输出电压值和最大贮存能量，从而限制第一电容107的最大电压；在第一电容107上并联的限压元件109，其包括串联的一第二可变电阻和第二电阻，通过调节第二可变电阻的阻值，可得到一个低且易于量度的监测电压，令使用者实时观测到第一电容107的输出电压而保持警觉；第一电容107上并联的第一电阻110，其阻值和功率较大，形成后备放电通道，当主放电通道出现故障或忘记装上第一电容107时，可以保证回路安全地放电。
[0027]相对于现有技术，本实用新型的电磁感应产生电路，只有在弹簧按钮持续按下的过程中，才对电容进行充电，确保了电容充电的操作仅能在使用者的监察下进行；由第一电容、放电线圈和继电器组成的放电回路，可以有效防止电容里还有剩余电荷而导致意外放电的危险；另外还通过第一电阻与第一电容并联，以形成一后备放电通道，进一步提高操作的安全性。
[0028]利用本实用新型的电磁感应产生电路，还提出一种电磁弹射实验装置。
[0029]请参阅图2，其是本实用新型电磁弹射实验装置的结构示意图，包括电磁感应产生电路100、金属弹射球201、发射管202、红外光发射栅组203a、红外光接收栅组203b、触发信号产生电路204、微处理器205、电磁吸附器206、金属标靶207和激光瞄准器208。
[0030]其中，该金属弹射球201装在发射管202里，并位于电磁感应产生电路100的感应范围内。电磁感应产生电路100产生快速变化的磁场，该磁场藕合到金属弹射球201，引起金属球弹射球201弹射。该激光瞄准器208设置在发射管202上，用于对金属弹射球201的发射方向的瞄准定位。该电磁吸附器206与该电磁感应产生电路100连接，由电磁感应产生电路100控制其吸附的状态。该金属标靶207被吸附在电磁吸附器206上。该触发信号产生电路204分别与电磁感应产生电路100和微处理器205电连接，并通过电磁感应产生电路100 的控制信号触发微处理器205的工作。该红外光发射栅组203a和红外光接收栅组203b相对设置在该电磁吸附器206的下方，或者沿径向设置在发射管202的管口相对两侧，红外光接收栅组203b与该微处理器205电连接。
[0031]具体地，请同时参阅图3，其是本实用新型电磁弹射实验装置的电路结构示意图。包括电磁感应产生电路100、红外光发射栅组203a、红外光接收栅组203b、触发信号产生电路204、微处理器205、电磁吸附器206和激光瞄准器208。该电磁感应产生电路100与上述的结构相同，在此不再赘述。该触发信号产生电路204由串联的第三可变电阻和第三电阻组成，其串接在该常闭开关101和电源之间。同时，该触发信号产生电路204的第三可变电阻和第三电阻的连接处与该微处理器205电连接。该红外光发射栅组203a由等间距并位于一列的红外线发射器组成，红外光接收栅组203b由等间距并位于一列的红外线接收器组成；红外光发射栅组203a上的每个红外线发射器在红外光接收栅组203b上都有与之对应的红外线接收器，这样红外光发射栅组203a和红外光接收栅组203b组成红外光阵列。红外光发射栅组203a通过电阻连接在电源上，红外光接收栅组203b通过电阻与微处理器205电连接，传递光线变化信号给微处理器205。电磁吸附器206 —端与电磁感应产生电路100的常闭开关101连接，另一端与电源负极连接，从而受常闭开关101控制其开关。激光瞄准器208为一激光发射器，与电磁感应产生电路100的电源连接，发出可见光线，用于瞄准使金属球弹射球201朝可见光线方向弹射出。
[0032]当该电磁感应产生电路100的常闭按钮101被按下时，该触发信号产生电路204被触发产生一个触发信号给微处理器205，启动微处理器205工作。由于常闭按钮101被按下，该电磁感应产生电路100处于放电过程，快速变化的电流通过放电线圈111发生电磁感应现象，产生一个较大而且快速变化的磁场，该磁场藕合到金属弹射球201，引起金属弹射球201弹射。同时，电磁感应产生电路100的常闭按钮101被按下，触发电磁吸附器206消磁，从而在金属弹射球201被弹射的同时，该金属标靶207被释放做自由落体运动。该红外光发射栅组203a发射多道红外光到红外光接收栅组203b，产生红外光阵。当金属标靶207落入红外光接收栅组203b和红外光接收栅组203b之间时，在某一高度，红外光发射栅组203a发射的某一道红外光就会被挡到，无法到达红外光接收栅组203b，红外光接收栅组203b接收不到红外光线，就会发送信号给微处理器205，微处理器205便可记录下相应的时间，微处理器205根据每道红外光之间的距离和记录的时间，便可计算物体的运动情况。
[0033]本实用新型的电磁弹射实验装置可实现多种物理现象的展示。以下对本实用新型的电磁弹射实验装置的运行过程和具体应用进行描述:
[0034]实骀I
[0035]本实验I介绍利用本实用新型的电磁弹射实验系统完成自由落体实验。
[0036]首先把金属标靶207吸附在电磁吸附器206之上，电磁吸附器206放置在红外光发射栅组203a和红外光接收栅组203b之上。在当按下常闭按钮102，触发信号产生电路204产生一个触发信号给微处理器205，微处理器205初始化时间，开始计时。与此同时，电磁吸附器206会消磁，金属标靶207自由落下。之后，金属标靶207每到一个高度，就会阻挡红外光接收栅组203b和红外光接收栅组203b之间相应的一道红外光线，红外光接收栅组203b接收不到红外光线，就会给微处理器205发送信号。微处理器205记录下金属标靶207到达相应高度的时间，从记录所得的时间间距和每道红外光线间的距离，通过计算可求得地球的重力加速度。
[0037]实骀2
[0038]本实验2介绍利用本实用新型的电磁弹射实验系统完成抛体运动实验。
[0039]首先调好金属弹射球发射管202的发射角度，如30度，将红外光发射栅203a和红外光接收栅203b相对设置在发射管202的管口两侧，且沿发射管202的轴向设置，让金属弹射球201发射出来后会切过红外光发射栅203a和红外光接收栅203b所产生的红外光阵。按下弹簧按钮101对电容107进行充电，之后按下常闭按钮102，电磁感应产生电路100产生快速变化的磁场，该磁场藕合到金属弹射球201，引起金属球弹射球201弹射，射出发射管202管口，依次阻挡红外光接收栅组203b和红外光接收栅组203b之间的每一道红外光线，当红外光接收栅组203b接收不到红外光线，就会给微处理器205发送信号，微处理器205便会记录下金属球弹射球201在不同位置的时间，从记录所得的时间间距和每道红外光线间的距离，可以算出金属球弹射球201离开发射管202管口的初速度，再按发射角求得理论水平距离，另用直接量出实际的发射水平距离，将理论水平距离数据和实际水平距离数据画在图上，如图4所示，两组数据在高投射速度下，比较一致，在低投射速度时，误差就比较大，可认为是当速度较小时，投射弹与发射管道之间的摩擦力所引起的误差。
[0040]实骀3
[0041]本实验3介绍利用本实用新型的电磁弹射实验系统完成射击自由落体实验。
[0042]首先把金属标靶207吸附在电磁吸附器206之上，再用激光瞄准器208让金属弹射球发射管202瞄准吸附在电磁吸附器206上的金属标靶207。按下弹簧按钮101对电容107进行充电，之后按下常闭按钮102，电磁感应产生电路100产生快速变化的磁场，该磁场藕合到金属弹射球201，引起金属球弹射球201弹射，与此同时，电磁吸附器206会消磁，金属标靶207自由落下，结果显示金属球弹射球201都能很准确的击中金属标靶207。
[0043]本实用新型并不局限于上述实施方式，如果对本实用新型的各种改动或变形不脱离本实用新型的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本实用新型的权利要求和等同技术范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变形。
【主权项】
1.一种电磁感应产生电路，其特征在于:包括电源、可控硅整流器、第一电容、放电线圈、继电器、升压充电器、常闭开关和弹簧开关；其中，该常闭按钮的一端与电源连接，另一端与可控硅整流器的阳极连接；该可控硅整流器的阴极连接到继电器的线圈端，该继电器的另一线圈端连接电源，从而形成控制回路；该弹簧按钮的一端与电源连接，另一端与可控硅整流器的控制端连接；该升压充电器的输入端的正极与该可控硅整流器的控制端连接，输入端的负极与电源连接，其输出端的正极通过第一电容与继电器的公共端连接，同时，该升压充电器的输出端负极直接与继电器的公共端连接；该放电线圈的一端与该升压充电器的输出端正极连接，其另一端与继电器的常闭端连接。
2.根据权利要求1所述的电磁感应产生电路，其特征在于:还包括一电压调节器，其串接在可控硅整流器的控制端与升压充电器的输入端之间。
3.根据权利要求2所述的电磁感应产生电路，其特征在于:还包括一个由串联的第二可变电阻和第二电阻组成的分压单元，其与该第一电容并联。
4.根据权利要求3所述的电磁感应产生电路，其特征在于:还包括一限压二极管构成的限压兀件，其正极与升压充电器的输出端负极连接，负极与升压充电器的输出端正极连接。
5.根据权利要求4所述的电磁感应产生电路，其特征在于:还包括一第一电阻，其与第一电容并联。
6.一种电磁弹射实验装置，其特征在于:包括如权利要求1-5任意一权利要求中该电磁感应产生电路、和设置在该电磁感应产生电路附近的金属弹射体，该金属弹射体设置在一发射管内，该电磁感应产生电路产生快速变化的磁场，该磁场藕合到金属体，引起金属体弹射。
7.根据权利要求6所述的电磁弹射实验装置，其特征在于:还包括一触发信号产生电路和微处理器，该触发信号产生电路分别与该电磁感应产生电路和微处理器电连接，并通过电磁感应产生电路的控制信号触发该微处理器的工作。
8.根据权利要求7所述的电磁弹射实验装置，其特征在于:还包括一电磁吸附器和吸附在电磁吸附器上的金属标靶，该电磁吸附器与该电磁感应产生电路相连接。
9.根据权利要求8所述的电磁弹射实验装置，其特征在于:还包括红外光发射栅组和红外光接收栅组，其相对设置在该电磁吸附器的下方，或者沿径向设置在发射管的管口相对两侧，该红外光接收栅组与该微处理器电连接。
10.根据权利要求9所述的电磁弹射实验装置，其特征在于:还包括一设置在发射管上的激光目苗准器。
【专利摘要】一种电磁感应产生电路，包括电源、可控硅整流器、第一电容、放电线圈、继电器、升压充电器、常闭开关和弹簧开关。常闭按钮的一端与电源连接，另一端与可控硅整流器的阳极连接。可控硅整流器的阴极连接到继电器的线圈端，该继电器的另一线圈端连接电源。弹簧按钮的一端与电源连接，另一端与可控硅整流器的控制端连接；升压充电器的输入端的正极与该可控硅整流器的控制端连接，输入端的负极与电源连接，其输出端的正极通过第一电容与继电器的公共端连接。升压充电器的输出端负极直接与继电器的公共端连接；放电线圈的一端与升压充电器的输出端正极连接，另一端与继电器的常闭端连接。本实用新型的电磁感应产生电路提高了应用的安全性。
【IPC分类】G09B23-18
【公开号】CN204614318
【申请号】CN201520284681
【发明人】王聪和, 冼惠芬, 黄文翰
【申请人】王聪和, 冼惠芬, 黄文翰
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月5日