一种基于电容传感器的自由落体重力加速度测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于电容传感器的自由落体重力加速度测量装置，包括：实验管柱，实验管柱竖直放置，以供金属检测物在实验管柱内由上至下作自由落体运动；设置于实验管柱的不同高度处且相隔预设距离的第一电容传感器和第二电容传感器，第一电容传感器和第二电容传感器用于在金属检测物分别下落至对应高度处时生成感应信号；分别与第一电容传感器和第二电容传感器相连的处理模块，用于对第一电容传感器生成的感应信号和第二电容传感器生成的感应信号进行处理，分别得到对应的下降沿触发脉冲信号，并根据第一电容传感器和第二电容传感器对应的下降沿触发脉冲信号获取金属检测物在预设距离内的下落时间，以便根据预设距离和下落时间计算重力加速度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电容传感器的自由落体重力加速度测量装置
本专利技术涉及实验仪器
，特别涉及一种基于电容传感器的自由落体重力加速度测量装置。
技术介绍
自由落体法测量重力加速度实验目前是大学本科物理学科的基础实验之一，已成为当前大学物理实验中必不可少的部分。它是通过物体自由落体法下落探测自由落体重力加速度g的大小，目前在大学物理学科的教学和科学研究中占据着重要的地位。由于重力加速度g的计算需要测量物体下落一段间距为s的垂直距离以及物体通过此间距内的时间间隔t，再由实验者通过逐差法求得物体下落时的重力加速度g的大小。目前间距长度s的测量已较为准确，而时间间隔t的测量由于测量方式有限，导致其测量结果偏差较大。目前市场上绝大多数的自由落体重力加速度测量仪采用的是圆筒装置和设置于圆筒上的光电门，光电门由一个小的聚光灯泡和一个光敏管组成，灯泡发射的红外激光经过圆筒中心穿过透明的圆筒被光敏管接收，感应计时装置进行时间计数。但在实验中首先需要花大量的时间进行调节钢球的下落路径位置，使钢球下落点垂直下方正对应光电门发射接收的光线路径，以便使钢球下落途经光电门的光线路径，达到光电门的触发，进而起到分别触发启动和停止计时的目的，但这需要大量的实验准备工作。同时钢球下落过程中下落轨迹往往偏离光电门发射接收的光线路径，进而导致钢球下落过程中往往不能被检测到，造成自由落体实验中时间t实验数据的缺失，进而导致实验的失败。因此，目前的实验装置实验前需要大量时间进行实验调节，实验过程中又往往因下落钢球被光电门漏检导致计时的失败，目前的实验装置存在实验准备时间过长、实验成功率低等缺点。专利技术内容本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种基于电容传感器的自由落体重力加速度测量装置，能够提高重力加速度测量实验的成功率和精确度，并能够节省大量的实验准备时间，使得实验过程更加高效。为达到上述目的，本专利技术提出了一种基于电容传感器的自由落体重力加速度测量装置，包括：实验管柱，所述实验管柱竖直放置，以供金属检测物在所述实验管柱内由上至下作自由落体运动；设置于所述实验管柱的不同高度处且相隔预设距离的第一电容传感器和第二电容传感器，所述第一电容传感器和所述第二电容传感器用于在所述金属检测物分别下落至对应高度处时生成感应信号；处理模块，所述处理模块分别与所述第一电容传感器和所述第二电容传感器相连，所述处理模块用于对所述第一电容传感器生成的感应信号和所述第二电容传感器生成的感应信号进行处理，分别得到对应的下降沿触发脉冲信号，并根据所述第一电容传感器和所述第二电容传感器对应的下降沿触发脉冲信号获取所述金属检测物在所述预设距离内的下落时间，以便根据所述预设距离和所述下落时间计算重力加速度。根据本专利技术实施例的基于电容传感器的自由落体重力加速度测量装置，通过设置于实验管柱的不同高度处且相隔预设距离的两个电容传感器来感应金属检测物分别下落至对应高度处，通过处理模块根据对应生成的下降沿触发脉冲信号获取金属检测物在预设距离内的下落时间，由此，能够有效避免金属检测物被漏检的可能性，提高重力加速度测量实验的成功率，通过电容传感器的感应结合下降沿触发的时间判定策略，能够提高重力加速度测量实验的精确度，同时在测量实验前无需精确调节金属检测物的下落路径，也节省了大量的实验准备时间，使得实验过程更加高效。另外，根据本专利技术上述实施例提出的基于电容传感器的自由落体重力加速度测量装置还可以具有如下附加的技术特征：所述处理模块包括：振荡电路，所述振荡电路的振荡频率根据所述第一电容传感器或所述第二电容传感器中电容值的变化而变化；限幅放大器，所述限幅放大器与所述振荡电路相连，所述限幅放大器对所述振荡频率的变化信号进行限幅放大；鉴相器，所述鉴相器与所述限幅放大器相连，所述鉴相器用于将限幅放大后的频率变化进一步转化为电压值振幅的变化；触发比较电路，所述触发比较电路与所述鉴相器相连，所述触发比较电路通过将鉴相器输出的电压值与参考电压进行比较，当满足触发条件时进行计时触发，输出下降沿触发脉冲信号；单片机，所述单片机与所述触发比较电路相连，所述单片机分别根据所述第一电容传感器和所述第二电容传感器对应的下降沿触发脉冲信号启动计时和停止计时，以获取所述金属检测物在所述预设距离内的下落时间。所述触发比较电路包括运算放大器，所述运算放大器的负输入端连接到所述鉴相器的输出端，所述运算放大器的正输入端连接到参考电压端，所述运算放大器的输出端通过输出电路连接到所述单片机以向所述单片机输出所述下降沿触发脉冲信号，其中，所述参考电压端提供的参考电压可调。所述的基于电容传感器的自由落体重力加速度测量装置还包括PC机，所述PC机通过RS232串口线与所述处理模块相连，所述PC机用于显示和存储所述下落时间。所述实验管柱的顶部设置有用于吸附固定所述金属检测物的吸附件，所述实验管柱的底部设置有用于承接下落的所述金属检测物网袋。所述的基于电容传感器的自由落体重力加速度测量装置还包括与所述吸附件相连的吸附开关。所述实验管柱的侧壁标有刻度线，以便于设置所述预设距离。所述的基于电容传感器的自由落体重力加速度测量装置还包括用于支撑所述实验管柱的底座、设置在所述底座上且用于调节所述底座的高度的螺丝以及设置在所述底座上且用于标定所述实验管柱的垂直度的水平仪。所述的基于电容传感器的自由落体重力加速度测量装置还包括用于对所述实验管柱进行抽真空的抽真空泵。所述的基于电容传感器的自由落体重力加速度测量装置还包括供电电源。附图说明图1为本专利技术实施例的基于电容传感器的自由落体重力加速度测量装置的结构示意图；图2为本专利技术一个实施例的电容传感器设置于实验管柱上的结构示意图；图3为本专利技术一个实施例的处理模块的方框示意图；图4为本专利技术一个实施例的触发比较电路的原理图；图5为本专利技术一个实施例的触发比较电路的触发信号示意图；图6为本专利技术一个实施例的基于电容传感器的自由落体重力加速度测量装置的结构示意图；图7为本专利技术一个实施例的实验流程图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。如图1所示，本专利技术实施例的基于电容传感器的自由落体重力加速度测量装置，包括实验管柱1、设置于实验管柱1的不同高度处且相隔预设距离的第一电容传感器2和第二电容传感器3、处理模块4。其中，实验管柱1竖直放置，以供金属检测物5在实验管柱1内由上至下作自由落体运动；第一电容传感器2和第二电容传感器3用于在金属检测物5分别下落至对应高度处时生成感应信号；处理模块4分别与第一电容传感器2和第二电容传感器3相连，处理模块4用于对第一电容传感器2生成的感应信号和第二电容传感器3生成的感应信号进行处理，分别得到对应的下降沿触发脉冲信号，并根据第一电容传感器2和第二电容传感器3对应的下降沿触发脉冲信号获取金属检测物在预设距离内的下落时间，以便根据预设距离和下落时间计算重力加速度。如图2所示，在本专利技术的一个实施例中，每个电容传感器采用两片金属片形成，对称分布于实验管柱1的外侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电容传感器的自由落体重力加速度测量装置，其特征在于，包括：实验管柱，所述实验管柱竖直放置，以供金属检测物在所述实验管柱内由上至下作自由落体运动；设置于所述实验管柱的不同高度处且相隔预设距离的第一电容传感器和第二电容传感器，所述第一电容传感器和所述第二电容传感器用于在所述金属检测物分别下落至对应高度处时生成感应信号；处理模块，所述处理模块分别与所述第一电容传感器和所述第二电容传感器相连，所述处理模块用于对所述第一电容传感器生成的感应信号和所述第二电容传感器生成的感应信号进行处理，分别得到对应的下降沿触发脉冲信号，并根据所述第一电容传感器和所述第二电容传感器对应的下降沿触发脉冲信号获取所述金属检测物在所述预设距离内的下落时间，以便根据所述预设距离和所述下落时间计算重力加速度。

【技术特征摘要】
1.一种基于电容传感器的自由落体重力加速度测量装置，其特征在于，包括：实验管柱，所述实验管柱竖直放置，以供金属检测物在所述实验管柱内由上至下作自由落体运动；设置于所述实验管柱的不同高度处且相隔预设距离的第一电容传感器和第二电容传感器，所述第一电容传感器和所述第二电容传感器用于在所述金属检测物分别下落至对应高度处时生成感应信号；处理模块，所述处理模块分别与所述第一电容传感器和所述第二电容传感器相连，所述处理模块用于对所述第一电容传感器生成的感应信号和所述第二电容传感器生成的感应信号进行处理，分别得到对应的下降沿触发脉冲信号，并根据所述第一电容传感器和所述第二电容传感器对应的下降沿触发脉冲信号获取所述金属检测物在所述预设距离内的下落时间，以便根据所述预设距离和所述下落时间计算重力加速度。2.根据权利要求1所述的基于电容传感器的自由落体重力加速度测量装置，其特征在于，所述处理模块包括：振荡电路，所述振荡电路的振荡频率根据所述第一电容传感器或所述第二电容传感器中电容值的变化而变化；限幅放大器，所述限幅放大器与所述振荡电路相连，所述限幅放大器对所述振荡频率的变化信号进行限幅放大；鉴相器，所述鉴相器与所述限幅放大器相连，所述鉴相器用于将限幅放大后的频率变化进一步转化为电压值振幅的变化；触发比较电路，所述触发比较电路与所述鉴相器相连，所述触发比较电路通过将鉴相器输出的电压值与参考电压进行比较，当满足触发条件时进行计时触发，输出下降沿触发脉冲信号；单片机，所述单片机与所述触发比较电路相连，所述单片机分别根据所述第一电容传感器和所述第二电容传感器对应的下降沿触发脉冲信号启动计时和停止计时，以获取所述金属检测物在所述预设...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏明生，孙红，冯雨，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32