自动投针实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及教学实验技术领域，尤其涉及一种自动投针实验装置，包括投射机构、针球以及光电检测机构；所述针球包括针体以及透明球壳，所述针体封装在所述透明球壳中；所述投射机构包括球盒、发射器、传送板以及往复提升装置，所述发射器安装在工作台上；所述传送板的一端与所述垫块的侧面铰接，所述传送板的下部与所述往复提升装置的输出端连接；所述光电检测机构包括回收箱以及双射式光电开关，所述双射式光电开关并行排列在所述回收箱的箱口位置。发射器可完成自动随机的投针过程，将传统意义上的针落到纸上(二维平面)进行计数检测改为针在下落过程中计数，解决了前后投针之间的相互影响。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及教学实验
，尤其涉及一种自动投针实验装置。
技术介绍
蒲丰投针问题是18世纪法国科学家buffon提出的一种计算圆周率π的方法，这一方法的步骤是：1)取一张白纸，在上面画上许多条间距为a的平行线；2)取一根长度为l的针，随机地向画有平行直线的纸上掷n次，观察针与直线相交的次数，记为m；3)计算针与直线相交的概率理论上可以证明，这个概率是p=2lπa]]>则可以利用这个公式得到圆周率的近似值π=2la·1p=2la·nm]]>特别的，当时π=nm]]>蒲丰投针实验过程由两个关键内容组成，一是投针的随机性，二是针的落点为检测的平面，即检测时，针必然是在平面内(这一点很关键，本专利技术中针的落点不一定在检测平面内)。在实际教学中，特别是数学概率论的教学中，通常会用两种方式进行该内容的教学。由菏泽学院李诚举专利技术的“自动式蒲丰投针仪”申报技术专利，公开号CN203503203U，如下图装置所示，主要特点为利用气缸驱动发射器，实现自动投针，利用计算机图像处理程序对相交概率进行分析。蒲丰投针实验的结果建立在均匀随机分布概率基础上，即要求针由投射到落地整个过程应是一个完全随机的过程，而且结果的准确性依赖于大量的实验统计。但事实上，利用投针实验器实验既无法保证投针的随机性，又无法做到短时间内的大量实验；而自动投针仪，虽然可以实现多次实验，但无法保证投射的随机性，另外实际实验中前后的落针可能会发射碰撞，从而影响概率结果。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种自动投针实验装置，能够短时间进行大量实验，提高实验精确度。本技术为实现上述目的，采用以下技术方案：一种自动投针实验装置，其特征在于:包括投射机构、针球以及光电检测机构；所述针球包括针体以及透明球壳，所述针体封装在所述透明球壳中；所述投射机构包括球盒、发射器、传送板以及往复提升装置，所述发射器安装在工作台上，发射器的输出端带有伸缩杆，所述针球放置在所述球盒中，所述球盒的上部呈圆锥状，球盒的下部连接有导管，针球自球盒上部进入所述导管中，导管的下部的所述工作台上设有垫块，垫块上部与导管下部间的距离为一个针球的直径，所述伸缩杆的前端正对于所述导管下部与所述垫块之间；所述传送板的一端与所述垫块的侧面铰接，所述传送板的下部与所述往复提升装置的输出端连接；所述光电检测机构包括回收箱以及双射式光电开关，所述双射式光电开关与计数器连接，所述双射式光电开关并行排列在所述回收箱的箱口位置。优选地，所述发射器和往复提升装置分别为气缸。优选地，所述发射器和往复提升装置分别为电机。本技术的有益效果是:相对于现有技术，本装置具有以下优点，1)发射器可完成自动随机的投针过程，2)利用光电检测技术替代传统的纸上划线方式，将传统意义上的针落到纸上(二维平面)进行计数检测改为针在下落过程中计数，解决了前后投针之间的相互影响。既可用于概率论课程的实验演示和理论教学；又可作为物理课程中力学和光学部分内容的一个典型应用实例；还可作为应用型大学相关专业课程教学中的创新项目拓展的母版，比如机械类专业发射装置的机械结构设计与改造、电气类专业多路数字电路的设计与安装等。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2是本技术中光电检测机构的结构示意图。具体实施方式下面结合附图及较佳实施例详细说明本技术的具体实施方式。如图1所示，一种自动投针实验装置，包括投射机构1、针球2以及光电检测机构3；所述针球包括针体4以及透明球壳5，所述针体封装在所述透明球壳中，把一定长度的针体封装在透明的薄球壳内，即针为该球壳的某一直径。所述投射机构包括球盒6、发射器7、传送板8以及往复提升装置9，所述发射器安装在工作台10上，发射器的输出端带有伸缩杆11，所述针球放置在所述球盒中，所述球盒的上部呈圆锥状，球盒的下部连接有导管12，针球自球盒上部进入所述导管中，导管的下部的所述工作台上设有垫块13，垫块上部与导管下部间的距离为一个针球的直径，所述伸缩杆的前端正对于所述导管下部与所述垫块之间。利用发射器对球进行发射，一次只发射一个球，发射球(针)的数量可以由光电开关检测后被与之相连的计数器记录。所述传送板的一端与所述垫块的侧面铰接，所述传送板的下部与所述往复提升装置的输出端连接；利用传送板在一定范围内定轴旋转，实现发射出的球速的随机控制，从而实现球的随机发射。如图2所示，所述光电检测机构包括回收箱14以及双射式光电开关15，所述双射式光电开关与计数器连接，所述双射式光电开关并行排列在所述回收箱的箱口位置。多对平行排列的对射式光电开关(为了保证演示效果，一般为可见光光束)被安装在长方体回收箱口，相邻光束之间的距离为a，发射方向与光束方向垂直，光电开关接计数器，对每一个下落的球中的针与光束相交情况进行计数，总相交数即m。在本技术中，所述发射器和往复提升装置分别为气缸或电机。发射器可完成自动随机的投针过程；利用光电检测技术替代传统的纸上划线方式，将传统意义上的针落到纸上(二维平面)进行计数检测改为针在下落过程中计数，解决了前后投针之间的相互影响。既可用于概率论课程的实验演示和理论教学；又可作为物理课程中力学和光学部分内容的一个典型应用实例；还可作为应用型大学相关专业课程教学中的创新项目拓展的母版，比如机械类专业发射装置的机械结构设计与改造、电气类专业多路数字电路的设计与安装等。概率的理论证明当球心下落到检测平面时，设x表示球心(针的中点)到最近的一条光束的距离，θ表示针在检测平面的投影与光束的夹角，表示针所在的直线与检测平面之间的夹角。则只有当时，针才会与一条光束直线相交。由于投针是随机的，所以用来确定针的位置是三维随机向量。并且在各自区间(0,π)、内服从均匀分布，由此写出的联合概率密度函数于是所求概率为π=4la·1p=4la·nm]]>特别的，当时π=nm]]>以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动投针实验装置，其特征在于:包括投射机构、针球以及光电检测机构；所述针球包括针体以及透明球壳，所述针体封装在所述透明球壳中；所述投射机构包括球盒、发射器、传送板以及往复提升装置，所述发射器安装在工作台上，发射器的输出端带有伸缩杆，所述针球放置在所述球盒中，所述球盒的上部呈圆锥状，球盒的下部连接有导管，针球自球盒上部进入所述导管中，导管的下部的所述工作台上设有垫块，垫块上部与导管下部间的距离为一个针球的直径，所述伸缩杆的前端正对于所述导管下部与所述垫块之间；所述传送板的一端与所述垫块的侧面铰接，所述传送板的下部与所述往复提升装置的输出端连接；所述光电检测机构包括回收箱以及双射式光电开关，所述双射式光电开关与计数器连接，所述双射式光电开关并行排列在所述回收箱的箱口位置。

【技术特征摘要】
1.一种自动投针实验装置，其特征在于:包括投射机构、针球以及光电检测机构；所述针球包括针体以及透明球壳，所述针体封装在所述透明球壳中；所述投射机构包括球盒、发射器、传送板以及往复提升装置，所述发射器安装在工作台上，发射器的输出端带有伸缩杆，所述针球放置在所述球盒中，所述球盒的上部呈圆锥状，球盒的下部连接有导管，针球自球盒上部进入所述导管中，导管的下部的所述工作台上设有垫块，垫块上部与导管下部间的距离为一个针球的直径，所述伸缩杆的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李福新，王庆桦，王品悦，徐建，姜亚萍，杨新秀，
申请(专利权)人：天津中德应用技术大学，
类型：新型
国别省市：天津;12