一种单摆系统技术方案

本申请公开了一种单摆系统，包括单摆本体、姿态传感器、处理器以及提示器；单摆本体与姿态传感器连接，处理器分别与姿态传感器及提示器连接；处理器，用于将姿态传感器测量的单摆本体运动时的三维运动姿态通过提示器进行提示。本申请中，处理器可以将姿态传感器测量的单摆本体运动时的三维运动姿态通过提示器进行提示，姿态传感器测量的单摆本体运动时的三维运动姿态相比于肉眼观察，极大地提升了判断地准确度，有利于用户学习了解圆锥摆现象，提升了自动化程度。

A simple pendulum system

【技术实现步骤摘要】
一种单摆系统
本技术涉及机械振动领域，特别是涉及一种单摆系统。
技术介绍
单摆作为简单的二阶振动系统，在中学以及大学的物理基础学习中具有重要意义，其中，单摆的圆锥摆现象是指单摆没有在预设的平面内摆动，而是绕着摆杆的固定点做圆锥摆运动的现象，现有技术中，在利用单摆进行单摆的圆锥摆现象的教学时，只能通过肉眼来观察单摆的圆锥摆现象，对于一些幅度较小的圆锥摆现象，无法清晰地观察并得出结论，教学手段较为落后。因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种单摆系统，提升了判断圆锥摆现象的准确性，提高了自动化程度。为解决上述技术问题，本技术提供了一种单摆系统，包括单摆本体、姿态传感器、处理器以及提示器；所述单摆本体与所述姿态传感器连接，所述处理器分别与所述姿态传感器及所述提示器连接；所述处理器，用于将所述姿态传感器测量的所述单摆本体运动时的三维运动姿态通过所述提示器进行提示。优选地，所述单摆本体包括单摆台架、驱动杆、摆杆、摆锤以及驱动装置；所述驱动杆设置在所述单摆台架上，所述驱动杆平行于地面，所述摆杆的第一端与所述驱动杆连接，所述摆杆与所述驱动杆互相垂直，所述摆杆的第二端与所述摆锤连接，所述驱动杆的第一端与所述驱动装置连接；所述驱动装置，用于通过驱动所述驱动杆以带动所述摆杆及摆锤运动。优选地，所述驱动装置为驱动电机。优选地，该单摆系统还包括用于采集所述单摆本体的视觉图像的视觉传感器；所述视觉传感器与所述处理器连接；则所述处理器还用于根据所述视觉图像得到第一重力加速度和/或第一摆动波形数据并通过所述提示器进行提示。优选地，所述视觉传感器为摄像机。优选地，该单摆系统还包括用于记录所述单摆本体的运动周期的光电传感器；所述光电传感器与所述处理器连接；则所述处理器还用于将所述运动周期通过所述提示器进行提示。优选地，所述提示器为显示器。优选地，所述处理器为CPU。优选地，该单摆系统还包括用于检测所述驱动杆的旋转角度的角度传感器；所述角度传感器分别与所述驱动杆的第二端以及所述处理器连接；则所述处理器还用于根据所述旋转角度得到第二重力加速度g和/或第二摆动波形数据并通过所述提示器进行提示。优选地，所述角度传感器为光电编码器。本技术提供了一种单摆系统，包括单摆本体、姿态传感器、处理器以及提示器；单摆本体与姿态传感器连接，处理器分别与姿态传感器及提示器连接；处理器，用于将姿态传感器测量的单摆本体运动时的三维运动姿态通过提示器进行提示。可见，本技术中，处理器可以将姿态传感器测量的单摆本体运动时的三维运动姿态通过提示器进行提示，姿态传感器测量的单摆本体运动时的三维运动姿态相比于肉眼观察，极大地提升了判断地准确度，有利于用户学习了解圆锥摆现象，提升了自动化程度。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术提供的一种单摆系统的结构示意图；图2a为本技术提供的另一种单摆系统的主视图；图2b为本技术提供的另一种单摆系统的左视图；图2c为本技术提供的另一种单摆系统的俯视图；图3为本技术提供的二阶系统阶跃响应曲线图。具体实施方式本技术的核心是提供一种单摆系统，提升了判断圆锥摆现象的准确性，提高了自动化程度。为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。请参考图1，图1为本技术提供的一种单摆系统的结构示意图，包括单摆本体1、姿态传感器2、处理器3以及提示器4；单摆本体1与姿态传感器2连接，处理器3分别与姿态传感器2及提示器4连接；处理器3，用于将姿态传感器2测量的单摆本体1运动时的三维运动姿态通过提示器4进行提示。考虑到上述
技术介绍
中的技术问题，本技术实施例中，采用姿态传感器2可以检测单摆实时的三维方向的角度、角速度、角加速度以及振动周期等，从而检测三维运动姿态的变化，最后，处理器3将三维运动姿态通过提示器4进行提示，用户可以通过得到的提示直观并准确地得到单摆本体1的圆锥摆现象，可以利用本申请中的单摆系统进行教学使用，并且本申请中的单摆系统的自动化程度较高。具体的，本申请中的姿态传感器2可以为能够直接通过内部的处理模块得到上述的角度、角速度、角加速度以及振动周期的姿态传感器2，也可以为内部没有处理模块的姿态传感器2，由姿态传感器2将测得的数据传输至处理器3后，由外部的处理器3处理得到，本技术实施例在此不做限定。具体的，单摆本体1可以为多种类型，其形状，材质等属性可以有多种类型，本技术实施例在此不做限定。其中，姿态传感器2与单摆本体1的连接关系可以有多种，例如姿态传感器2可以与单摆本体1中的摆锤14或者摆球相连，也可以设置在摆锤14或者摆球靠上的摆杆13上，可以检测到单摆本体1的三维运动姿态即可，本技术实施例在此不做限定。其中，本技术实施例中的单摆系统可以应用在学校的教学过程中，除了利用单摆本体1进行常规的教学操作外，还可以通过姿态传感器2进行直观的圆锥摆现象的观察，具有良好的教学效果，降低了教学难度。另外，通过姿态传感器2在不同时间记录的摆锤的不同的三维运动数据，可以计算得到单摆的周期以及阻尼比等，进行二阶系统特性的研究。本技术提供了一种单摆系统，包括单摆本体、姿态传感器、处理器以及提示器；单摆本体与姿态传感器连接，处理器分别与姿态传感器及提示器连接；处理器，用于将姿态传感器测量的单摆本体运动时的三维运动姿态通过提示器进行提示。可见，本技术中，处理器可以将姿态传感器测量的单摆本体运动时的三维运动姿态通过提示器进行提示，姿态传感器测量的单摆本体运动时的三维运动姿态相比于肉眼观察，极大地提升了判断地准确度，有利于用户学习了解圆锥摆现象，提升了自动化程度。在上述实施例的基础上：作为一种优选的实施例，单摆本体1包括单摆台架11、驱动杆12、摆杆13、摆锤14以及驱动装置15；驱动杆12设置在单摆台架11上，驱动杆12平行于地面，摆杆13的第一端与驱动杆12连接，摆杆13与驱动杆12互相垂直，摆杆13的第二端与摆锤14连接，驱动杆12的第一端与驱动装置15连接；驱动装置15，用于通过驱动驱动杆12以带动摆杆13及摆锤14运动。考虑到某些单摆系统中没有驱动装置15，只能进行简单的非受迫振动，本技术实施例中的驱动装置15可以通过驱动驱动杆12来带动单摆进行受迫振动，可以实现不同周期的正弦转动，从而测量单摆在受迫振动过程中的单摆运动特性，研究单摆受迫振动的瞬态过程以及稳态过程。作为一种优选的实施例，驱动装置15为驱动电机。具体的，驱动电机具有可控性好、价格低廉以及结构简单等优点。当然，除了驱动电机外，驱动装置1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单摆系统，其特征在于，包括单摆本体、姿态传感器、处理器以及提示器；所述单摆本体与所述姿态传感器连接，所述处理器分别与所述姿态传感器及所述提示器连接；所述处理器，用于将所述姿态传感器测量的所述单摆本体运动时的三维运动姿态通过所述提示器进行提示。

【技术特征摘要】
1.一种单摆系统，其特征在于，包括单摆本体、姿态传感器、处理器以及提示器；所述单摆本体与所述姿态传感器连接，所述处理器分别与所述姿态传感器及所述提示器连接；所述处理器，用于将所述姿态传感器测量的所述单摆本体运动时的三维运动姿态通过所述提示器进行提示。2.根据权利要求1所述的单摆系统，其特征在于，所述单摆本体包括单摆台架、驱动杆、摆杆、摆锤以及驱动装置；所述驱动杆设置在所述单摆台架上，所述驱动杆平行于地面，所述摆杆的第一端与所述驱动杆连接，所述摆杆与所述驱动杆互相垂直，所述摆杆的第二端与所述摆锤连接，所述驱动杆的第一端与所述驱动装置连接；所述驱动装置，用于通过驱动所述驱动杆以带动所述摆杆及摆锤运动。3.根据权利要求2所述的单摆系统，其特征在于，所述驱动装置为驱动电机。4.根据权利要求2所述的单摆系统，其特征在于，该单摆系统还包括用于采集所述单摆本体的视觉图像的视觉传感器；所述视觉传感器与所述处理器连接；则所述处理器还用...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄伟杰，邹大鹏，张岳武，谢伟涛，钟文港，赵博伟，钟万宝，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：新型
国别省市：广东,44