本发明专利技术提出了一种基于转动惯量的新型重力加速度测量装置，包括底座和竖直安装板，底座上设有调平组件，竖直安装板卡设在底座上，竖直安装板前表面设有摆动杆和光电门，摆动杆与竖直安装板转动连接，光电门固定设置在竖直安装板上且光电门位于摆动杆转动中心的正下方，竖直安装板后表面设有摆动杆推动组件。本发明专利技术产生的有益效果是：本装置科学合理、操作安全简便、稳定度高、数据准确；并且可操作性强，易于老师演示以及中学生自己动手操作，经过多次验证，其误差在1.6％左右，大大提高了测量重力加速度的精度。
【技术实现步骤摘要】
一种基于转动惯量的新型重力加速度测量装置
本专利技术涉及物理教学实验装置
，特别是指一种基于转动惯量的新型重力加速度测量装置。
技术介绍
重力加速度是指重力对自由下落的物体所产生的加速度，更精确的定义即地面附近物体受地球引力作用在真空中下落的加速度，通常用字母g表示。对重力加速度g值的精确测量对于计量学、精密物理学、重力探测矿物和地震预测等领域都具有重要意义，因此，重力加速度的测量一直都是一个在不断创新的研究热点。传统的实验方法有落体法测重力加速度、气垫导轨测量重力加速度、用摆测量重力加速度等，其中用摆测量重力加速度的方法又可分为单摆法、复摆法、凯特摆法和圆锥摆法等。在上述方法中，采用自由落体法测量加速度原理简单，但数据处理复杂且精度有限；采用气垫导轨法测量重力加速度的方法中摩擦阻力以及空气阻力对实验结果的精度影响较大；用摆测量重力加速度的方法对实验操作以及环境要求较高，操作难度大，实验数据误差因素来源多。为了克服上述技术的不足，本专利技术提供了一种操作简单、测量科学且准确度高的新型重力加速度的测量装置。
技术实现思路
本专利技术提出一种基于转动惯量的新型重力加速度测量装置，解决了现有技术中测量重力加速度装置的操作难度大、调节不方便、精度低、测量方法单一的问题。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种基于转动惯量的新型重力加速度测量装置，包括底座和竖直安装板，底座上设有调平组件，竖直安装板卡设在底座上，竖直安装板前表面设有摆动杆和光电门，摆动杆与竖直安装板转动连接，光电门固定设置在竖直安装板上且光电门位于摆动杆转动中心的正下方，竖直安装板后表面设有摆动杆推动组件，调平组件调整底座水平，摆动杆推动组件推动摆动杆从竖直状态运动至水平状态，摆动杆沿转动中心转动，摆动杆端部经过光电门，得出摆动杆经过光电门时间，利用转动惯量通过计算可得出重力加速度。所述底座包括支撑腿、固定底座和活动底座，支撑腿与固定底座固定连接，固定底座和活动底座活动连接，竖直安装板卡设在活动底座上，支撑腿和固定底座保证测量装置稳定性，活动底座可进行调整使其保证水平，保证重力加速度测量精度。所述调平组件包括九轴陀螺仪传感器和调平螺栓，九轴陀螺仪传感器固定设置在活动底座上，固定底座和活动底座通过若干个均匀布置的调平螺栓连接，九轴陀螺仪传感器检测活动底座的坐标信息确定其是否处于水平状态，并通过调平螺栓对活动底座进行调平。所述摆动杆推动组件包括舵机和齿轮副，舵机通过舵机支架固定在竖直安装板后表面，舵机与齿轮副连接，齿轮副上设有推动杆，推动杆穿过竖直安装板伸出竖直安装板前表面，舵机通电起动，带动齿轮副转动，进而使推动杆推动摆动杆运动至水平状态。所述齿轮副包括主动齿轮和从动齿轮，主动齿轮和从动齿轮啮合，主动齿轮设置在舵机的输出轴上，从动齿轮设置在竖直安装板后表面上，推动杆固定设置在从动齿轮上。所述竖直安装板上设有推动杆运动通槽，推动杆运动通槽为弧形，且推动杆穿过推动杆运动通槽，推动杆运动通槽为推动杆预留运动位置避免出现干涉。所述竖直安装板后表面上设有电动机械开关，电动机械开关头部穿过竖直安装板伸出竖直安装板前表面，且电动机械开关头部与摆动杆转动中心在同一水平线上，在摆动杆运动至水平位置后电动机械开关头部伸出竖直安装板前表面对摆动杆进行支撑，并保证摆动杆处于水平状态。所述竖直安装板前表面设有轴承安装槽，轴承安装槽内固定设有轴承座，轴承座内设有轴承，轴承内圈与摆动杆固定连接，摆动杆通过轴承与竖直安装板转动连接，减小转动副的摩擦力影响，提高测量精度。所述竖直安装板上设有激光传感器安装板，激光传感器安装板上设有激光传感器，激光传感器检测摆动杆位置，当摆动杆运动至最高位置时激光传感器传输信号使电动机械开关闭合，即电动机械开关头部伸出竖直安装板前表面对摆动杆进行支撑。所述竖直安装板前表面设有显示屏安装槽，显示屏安装槽内固定设有显示屏，显示屏可以显示活动底座的坐标信息便于操作者对活动底座进行调平，并且显示屏可以显示测量得出的摆动杆角加速度以及测得的重力加速度，测量结构显示清晰。本专利技术产生的有益效果是：本装置科学合理、操作安全简便、稳定度高、数据准确；并且可操作性强，易于老师演示以及中学生自己动手操作，经过多次验证，其误差在1.6％左右，大大提高了测量重力加速度的精度；底座对竖直安装板提供支撑保证装置稳定性，调平组件调整底座水平，提高测量精度，摆动杆推动组件推动摆动杆从竖直状态运动至水平状态，摆动杆沿转动中心转动，经过光电门得出摆动杆经过光电门时间，利用转动惯量通过计算可得出重力加速度；在摆动杆运动至水平位置后电动机械开关头部伸出竖直安装板前表面对摆动杆进行支撑，并保证摆动杆处于水平状态；摆动杆通过轴承与竖直安装板转动连接，减小转动副的摩擦力影响，提高测量精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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专利技术的一些实施例，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为本专利技术一种基于转动惯量的新型重力加速度测量装置结构示意图。图2为重力加速度测量装置后视图。图3为重力加速度测量装置俯视图。图4为重力加速度测量装置仰视图。图中：1-竖直安装板，2-激光传感器安装板，3-激光传感器，4-摆动杆，5-电动机械开关，6-轴承，7-轴承座，8-推动杆，9-光电门，10-调平螺栓，11-固定底座，12-支撑腿，13-按键，15-九轴陀螺仪传感器，16-活动底座，18-电源，20-显示屏，21-舵机支架，22-舵机，23-电路板，24-从动齿轮，25-主动齿轮，26-轴承安装槽，27-显示屏安装槽，30-推动杆运动通槽，32-电路板安装槽，34-竖直安装板卡槽，38-水平调节安装孔，39-按键安装槽，40-九轴陀螺仪传感器安装槽。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1，如图1所示，一种基于转动惯量的新型重力加速度测量装置，包括底座和竖直安装板1，底座上设有调平组件，底座包括支撑腿12、固定底座11和活动底座16，支撑腿12与固定底座11通过螺栓固定连接，本实施例中，支撑腿12的材质为橡胶制的，支撑腿12的数量为4个，且支撑腿12均匀分布在固定底座11四周，固定底座11和活动底座16活动连接，活动底座16上设有竖直安装板卡槽34，竖直安装板1卡设在竖直安装板卡槽34内，竖直安装板卡槽34宽度与竖直安装板1的厚度一致，竖直安装板卡槽34内侧与竖直安装板1前后完全贴合，保证竖直安装板1稳定性，并且在装置收取时可以将竖直安装板1取下便于装本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于转动惯量的新型重力加速度测量装置，其特征在于，包括底座和竖直安装板（1），底座上设有调平组件，竖直安装板（1）卡设在底座上，竖直安装板（1）前表面设有摆动杆（4）和光电门（9），摆动杆（4）与竖直安装板（1）转动连接，光电门（9）固定设置在竖直安装板（1）上且光电门（9）位于摆动杆（4）转动中心的正下方，竖直安装板（1）后表面设有摆动杆推动组件。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于转动惯量的新型重力加速度测量装置，其特征在于，包括底座和竖直安装板（1），底座上设有调平组件，竖直安装板（1）卡设在底座上，竖直安装板（1）前表面设有摆动杆（4）和光电门（9），摆动杆（4）与竖直安装板（1）转动连接，光电门（9）固定设置在竖直安装板（1）上且光电门（9）位于摆动杆（4）转动中心的正下方，竖直安装板（1）后表面设有摆动杆推动组件。
2.根据权利要求1所述的基于转动惯量的新型重力加速度测量装置，其特征在于，底座包括支撑腿（12）、固定底座（11）和活动底座（16），支撑腿（12）与固定底座（11）固定连接，固定底座（11）和活动底座（16）活动连接，竖直安装板（1）卡设在活动底座（16）上。
3.根据权利要求2所述的基于转动惯量的新型重力加速度测量装置，其特征在于，调平组件包括九轴陀螺仪传感器（15）和调平螺栓（10），九轴陀螺仪传感器（15）固定设置在活动底座（16）上，固定底座（11）和活动底座（16）通过若干个均匀布置的调平螺栓（10）连接。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于转动惯量的新型重力加速度测量装置，其特征在于，摆动杆推动组件包括舵机（22）和齿轮副，舵机（22）通过舵机支架（21）固定在竖直安装板（1）后表面，舵机（22）与齿轮副连接，齿轮副上设有推动杆（8），推动杆（8）穿过竖直安装板（1）并伸出竖直安装板（1）前表面。
5.根据权利要求4所述的基于转动惯量的新型重力加速度测量装置，其特征在于，齿轮副包...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘平安，史孟豪，冯骏，胡展展，彭茂军，刘馨竹，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：河南;41
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