一种磁单摆混沌系统演示仪技术方案

本实用新型专利技术公开一种磁单摆混沌系统演示仪，包括：三个永磁铁，固定布置在一个透明平板的同一平面上并分别位于正三角形的三个顶点上；所述透明平板的下部设有CCD装置，所述透明平板的上方设有可摆动的电磁铁摆球，所述电磁铁摆球内安装有向下输出定位激光束的定位激光头。本实用新型专利技术可实现控制电磁铁摆球产生混沌运动并实时记录运动现象。

A Demonstration Instrument for Chaotic System of Magnetically Simple Pendulum

The utility model discloses a demonstrator for chaotic system of a magnetic pendulum, which comprises three permanent magnets fixed on the same plane of a transparent plate and located on three vertices of a regular triangle, a CCD device is arranged at the lower part of the transparent plate, an oscillating electromagnetic pendulum ball is arranged above the transparent plate, and a downward output positioning excitation is installed in the electromagnetic pendulum ball. Laser head for beam positioning. The utility model can control the electromagnet pendulum ball to generate chaotic motion and record the motion phenomena in real time.

【技术实现步骤摘要】
一种磁单摆混沌系统演示仪
本技术涉及涉及一种磁单摆混沌系统演示仪。
技术介绍
混沌运动是一种不稳定有限定常运动，即为全局压缩和局部不稳定的运动，或除了平衡、周期和准周期以外的有限定常运动。这里所谓有限定常运动，指的是运动状态在某种意义上(以相空间的有限域为整体)不随时间而变化。这个定义指出了混沌运动的两个主要特征：不稳定性和有限性。现有的磁单摆混沌演示仪通过外力使单摆进行运动，通过物体在纸上运动留下的痕迹来记录混沌现象的运动过程，该仪器在理论教学中装置较简单，不能清楚地分析观看混沌运动，单摆需要人为的持续的外力促使其运动，实验过程中操作繁琐，需要人为控制，无法达到自行记录其运动。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种磁单摆混沌系统演示仪。为实现本技术的目的所采用的技术方案是：一种磁单摆混沌系统演示仪，包括：三个永磁铁，固定布置在一个透明平板的同一平面上并分别位于正三角形的三个顶点上；所述透明平板的下部设有CCD装置，所述透明平板的上方设有可摆动的电磁铁摆球，所述电磁铁摆球内安装有向下输出定位激光束的定位激光头。所述的电磁铁摆球与控制电路板电连接，所述的控制电路板安装在顶板内，所述顶板与所述电磁铁摆球通过摆动线相连接，所述控制电路板与所述电磁铁摆球通过导线电连接。初始状态下，所述电磁铁摆球与三个永磁铁保持预定的高度且位于三个永磁铁的磁区中心。所述透明平板为玻璃板。所述永磁铁为扁平圆形结构。本技术可以实现控制电磁铁摆球产生混沌运动并方便实时记录运动现金，从而可以进一步的揭示单摆系统的关键特征以及存在略有不同的初始位置，微小扰动的冲量以及运动过程中多次通过的不稳定平衡区。附图说明图1是本技术的磁单摆混沌系统演示仪的结构示意图；图2是本技术的磁单摆混沌系统演示仪的三个永磁铁的布置示意图；图3是本技术的磁单摆混沌系统演示仪的电磁铁摆球内部示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。参见图1-3所示，一种磁单摆混沌系统演示仪，包括：三个永磁铁5，固定布置在一个透明平板4的同一平面上，并分别位于正三角形的三个顶点上，如图2所示；所述透明平板的下部设有CCD装置8，所述透明平板的上方设有可摆动的电磁铁摆球3，所述电磁铁摆球内安装有向下输出定位激光束的定位激光头10。其中，所述的电磁铁摆球可以与控制电路板电连接，所述的控制电路板可以安装在顶板1内，所述控制电路板1与所述电磁铁摆球可通过摆动线2相连接，所述摆动线采用电源导线，不但起到承载电磁铁摆球的作用，同时也起到向电磁铁摆球通入交变信号控制电流的作用。具体的，所述电磁铁摆球为螺线管线圈32绕制后加球状外壳30封装，内部安装有铁芯31，铁芯的底端安装所述定位激光头10，如可以采用现有激光笔实现，如图3所示。所述的CCD装置8安装在底板7，所述底板7与顶板通过四根立柱6连接，并支撑顶板1，所述透明平板4由三个或四个支撑柱9支撑于底板7上。优选的，初始状态下，所述电磁铁摆球3与三个永磁铁5保持预定的高度且位于三个永磁铁的磁区中心。具体的，所述透明平板为玻璃板，如有机玻璃板或磨砂玻璃板，三个永磁铁被固结在玻璃板上。所述CCD装置为CCD图像传感器。其中，所述永磁铁采用硬磁材料，成分为钕铁硼，优选为扁平的圆柱体状结构，三个永磁铁大小一致，三个永磁铁产生电磁铁摆球混沌运动的驱动磁力。进一步的，所述底板的上表面还可以用方格纸绘制极坐，以便CCD装置记录定位激光信号后传送到处理计算机进行信号的处理，绘制出相应的混沌图。使用时，如图3所示，电磁铁摆球内置定位激光头向下输出的定位激光束，投放到有机玻璃板上，有机玻璃板下方的CCD装置进行感光记录，馄饨运动可实现运动轨迹的实时追踪。本技术依据磁单摆混沌运动演示仪的理论技术研究，通过控制电路板采用交变信号控制电磁铁摆球的通电电流的通断及大小，从而改变电磁铁摆球的磁性特征，从而使电磁铁摆球与三个永磁铁发生作用，进行持续性混沌运动，利用CCD装置对电磁铁摆球的激光信号记录，方便记录其运动，并通过处理装置如计算机，对CCD装置记录的运动现象进行进一步处理，绘制出相应的混沌图。本技术具有以下有益效果：1.在磁单摆的问题上，解决了普通单摆振幅的实验内容较少问题，通过改变交变电流信号可改变电磁铁摆球的磁性进而增加单摆振幅次数。2.圆柱永磁铁间的磁场和磁力的性能相对其它磁铁性能略好，同时使用CCD装置可同时在显示器上对混沌摆的运动轨迹进行实时跟踪，更加清楚的了解混沌运动的规律特征，可更加准确的绘制出电磁铁摆球的混沌图。3.解决了普通混沌系统在理论教学中难以演示的问题，在原有实验演示仪的基础上进行了很大的改进，且保持了混沌系统良好特价性，有一定实用值。4.大大的减少了实验时耗材，提高了其工作性能，增加了实验的稳定性。以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出的是，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】
1.一种磁单摆混沌系统演示仪，其特征在于，包括：三个永磁铁，固定布置在一个透明平板的同一平面上并分别位于正三角形的三个顶点上；所述透明平板的下部设有CCD装置，所述透明平板的上方设有可摆动的电磁铁摆球，所述电磁铁摆球内安装有向下输出定位激光束的定位激光头。

【技术特征摘要】
1.一种磁单摆混沌系统演示仪，其特征在于，包括：三个永磁铁，固定布置在一个透明平板的同一平面上并分别位于正三角形的三个顶点上；所述透明平板的下部设有CCD装置，所述透明平板的上方设有可摆动的电磁铁摆球，所述电磁铁摆球内安装有向下输出定位激光束的定位激光头。2.如权利要求1所述磁单摆混沌系统演示仪，其特征在于，所述的电磁铁摆球与控制电路板电连接，所述的控制电路板安装在顶板内，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李福新，杨志，彭娟，
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