便携式激光扫描李萨如图形演示仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种便携式激光扫描李萨如图形演示仪，该演示仪包括正弦信号发生模块、电磁驱动振动X方向机构、半导体激光器、电机驱动Y方向振动机构及反射镜、电机转速控制与显示模块；信号发生模块输出正弦振荡信号到电磁铁的线圈，通过电磁铁驱动X方向的振动机构带动小型激光器振动，激光束在反射镜上沿X方向扫描；电机驱动Y方向振动机构带动反射镜沿Y方向振动，使反射镜反射的激光束沿Y方向扫描。本实用新型的效果是可以用简单的装置显示李萨如图形，将信号发生器、示波器的功能整合为一体，体积可以做到很小，便于携带，可以用于多媒体教室，既可定性演示，又可定量测量。
【专利说明】便携式激光扫描李萨如图形演示仪
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种教学仪器，特别是一种便携式激光扫描李萨如图形演示仪。
【背景技术】
[0002]李萨如图形是物理、电信类课程的重要内容，在实验教学和工程测量上可将两路信号输入示波器得以合成，在演示教学中有的采用双振片或双电机振动的方法来实现。作为课堂演示仪器，用示波器合成设备过于庞大无法携带到教室；采用双振片法，当振动频率与振片固有频率偏离太远时，振幅会很小；采用双电机法，振动幅度无法调节。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的是提供一种体积小，便于携带，结构紧凑，操作简单，演示效果明显，可用于多媒体教室演示的便携式激光扫描李萨如图形演示仪。
[0004]为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是提供一种便携式激光扫描李萨如图形演示仪，其中:该演示仪包括信号发生模块、电磁铁、永磁铁、X方向振片，半导体激光器、激光器电源、电机、偏心轮、连杆、Y方向振片、反射镜、传感器、电机调速模块、电机测速与频率显示模块、底板；
[0005]所述X方向振片的末端、电磁铁和永磁铁固定在底板上，X方向振片的前端装有半导体激光器，半导体激光器与激光器电源通过软线相连并设有开关，所述电磁铁的线圈套在靠近X方向振片的末端附近，X方向振片能够在电磁铁的线圈中沿平行于底板的方向自由振动，永磁铁安装在X方向振片中部，永磁铁两极弓I出的两钢板分别位于X方向振片的两侧且留有振动空间，使X方向振片能够在两钢板间自由振动；Y方向振片的末端固定在底板上，前端正面安装有小反射镜，前端背面装有连杆，连杆与电机上的偏心轮相连，电机驱动连杆使Y方向振片产生垂直于底板方向的振动；电机连接调速模块以供电并调节转速，其转速可通过传感器将信号传输到电机测速与显示模块并以频率的方式显示。
[0006]本实用新型的效果是:
[0007]1.该演示仪的X方向振片的振幅可调，当启动X方向振片而关闭Y方向振片时，激光束可在X方向上扫描出一条长度可调的光线，演示振幅的物理意义。
[0008]2.该演示仪的Y方向振片的振动频率可调，当启动Y方向振片而关闭X方向振片时，激光束可在Y方向上根据频率以不同速度扫描出一条光线，演示频率和周期的物理意义。
[0009]3.使用该演示仪时，当X和Y方向振片同时振动，而且驱动Y方向振片的电机转动频率与X方向振片频率成整数比时，激光束可在平面上扫描出二维的李萨如图形。
[0010]4.该演示仪用体积小巧的集成化电路模块取代传统的信号发生器，激光器采用小型的以钮扣电池为电源的激光笔，而且电源与激光头分离，激光头直接安装在振片上，使仪器体积更加紧凑。仪器整体体积小，便于携带。
[0011]5.该演示仪用电机转动频率的显示值结合激光扫描的图形，可以计算出X方向振片的振动频率。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本实用新型演示仪的结构示意图。
[0013]图中:
[0014]1.信号发生模块2.电磁铁3.永磁铁4.X方向振片
[0015]5.半导体激光器6.激光器电源7.电机8.偏心轮
[0016]9.连杆10.Y方向振片11.反射镜12.传感器
[0017]13.电机调速模块 14.电机测速与频率显示模块
[0018]15.底板16.X方向扫描的激光束
[0019]17.二维扫描的激光束18.屏幕
[0020]图2是本实用新型演示仪可扫描出的李萨如图形。
[0021]图中只画出了 X、Y方向振动频率比分别为2:1、3:1和3:2的图形，实际上此演示仪可扫描出多种频率比的图形。对于同一频率比，因相位差不同可产生不同图形。
【具体实施方式】
[0022]结合附图对本实用新型的便携式激光扫描李萨如图形演示仪结构加以说明。
[0023]如图1所示，本实用新型的便携式激光扫描李萨如图形演示仪结构是，该演示仪包括信号发生模块1、电磁铁2、永磁铁3、X方向振片4,半导体激光器5、激光器电源6、电机7、偏心轮8、连杆9、Y方向振片10、反射镜11、传感器12、电机调速模块13、电机测速与频率显示模块14、底板15、屏幕18可用白墙取代。
[0024]所述X方向振片4的末端、电磁铁2和永磁铁3固定在座15上，X方向振片4的前端装有半导体激光器5，半导体激光器5与激光器电源6通过软线相连并设有开关，所述电磁铁2的线圈套在靠近X方向振片4的末端附近，X方向振片4能够在电磁铁2的线圈中沿平行于底板15的方向，即X方向自由振动,永磁铁3安装在X方向振片4中部,永磁铁3两极引出的两钢板分别位于X方向振片4的两侧且留有振动空间，使X方向振片4能够在两钢板间自由振动；当信号发生模块I采用DDS信号发生模块和放大电路即可实现将正弦信号输入电磁铁2时，X方向振片4产生振动,激光器5投射出的激光束16在小反射镜11上沿X方向往返扫描；当改变正弦信号的电压时，X方向振片的振幅以及X方向扫描线的长度随之改变；Υ方向振片10的末端固定在底板15上，前端正面安装有小反射镜11，前端背面装有连杆9，连杆9与电机7上的偏心轮8相连，电机7驱动连杆9使Y方向振片10产生垂直于底板15方向，即Y方向的振动，使投射在小反射镜11上的激光束16的反射光束17沿垂直于底板15方向往返扫描；电机7连接调速模块13，可选用PWM直流电机调速器，以供电并调节转速，其转速可通过传感器12，可用光电传感器或霍尔传感器，将信号传输到电机测速与显示模块14，选用与传感器配套的模块加上数码显示模块，并以频率的方式显示。当调节所述信号发生模块I产生的正弦信号电压时，电磁铁2中随电流而改变的磁力随之改变，从而改变X方向振片的振幅，即改变X方向扫描的幅度。
[0025]当X方向振片4的振动频率与Y方向振片10的振动频率成整数比时，激光束17会在屏幕18，可用白墙取代的屏幕上扫描出李萨如图形。其规律如为:设X方向和Y方向的振动的频率分别为fx和fY，李萨如图形在其外接矩形X方向和Y方向每个边上的切点的个数分别为Hx和ΠΥ，则
[0026]fx:fY = ηγ:ηχ
[0027]通过上述公式可根据电机的频率和图形形状计算出信号发生模块I正弦信号的频率。
[0028]具体演示内容及操作方法如下:
[0029]1.演不一维扫描与振幅:开启信号发生模块1，X方向振片驱动激光束17在X方向扫描出一条线。调节信号电压时，线长度(即振幅)随之变化。
[0030]2.演示一维扫描线的形成原理以及频率和周期的物理意义:关闭信号发生模块I，开启电机调速模块13, Y方向振片驱动激光器在Y方向扫描出一条线。电机转速由慢到快调节时，可演示激光束17投射出的光斑由点线的扫描成像原理，同时演示频率和周期的物理意义。
[0031]3.演示李萨如图形:同时开启信号发生模块I和电机调速模块13，当X、Y两上方向振片频率成整数比时，激光束17将扫描出李萨如图形。通过电机转动频率和李萨如图形形状，可以计算出X方向振片的振动频率，实现定性演示和定量测量。
【权利要求】
1.一种便携式激光扫描李萨如图形演示仪，其特征是:该演示仪包括信号发生模块(1)、电磁铁⑵、永磁铁⑶4方向振片⑷，半导体激光器(5)、激光器电源(6)、电机(7)、偏心轮(8)、连杆(9)^1方向振片(10)、反射镜(11)5传感器(口)、电机调速模块(13)、电机测速与频率显示模块(14)、底板(15)； 所述X方向振片⑷的末端、电磁铁⑵和永磁铁⑶固定在底板(15)上，X方向振片(4)的前端装有半导体激光器(5),半导体激光器(5)与激光器电源(6)通过软线相连并设有开关，所述电磁铁⑵的线圈套在靠近X方向振片⑷的末端附近，X方向振片⑷能够在电磁铁⑵的线圈中沿平行于底板(15)的方向自由振动，永磁铁⑶安装在X方向振片⑷中部，永磁铁⑶两极引出的两钢板分别位于X方向振片⑷的两侧且留有振动空间，使X方向振片⑷能够在两钢板间自由振动4方向振片(10)的末端固定在底板(15)上，前端正面安装有小反射镜(11),前端背面装有连杆(9),连杆(9)与电机(7)上的偏心轮⑶相连，电机(7)驱动连杆(9)使V方向振片(10)产生垂直于底板(15)方向的振动；电机(7)连接调速模块(13)以供电并调节转速，其转速可通过传感器(12)将信号传输到电机测速与显示模块(14)并以频率的方式显示。
2.根据权利要求1所述的便携式激光扫描李萨如图形演示仪，其特征是:所述信号发生模块(1)输出正弦振荡信号到电磁铁(2)的线圈，在电磁铁(2)和永磁铁(3)的共同作用下，X方向振片(4)带动所述激光器(5)以固有频率沿平行于底板(15)方向产生振动，投射出的激光束(16)在小反射镜(11)上沿平行于底板(15)方向往返扫描。
3.根据权利要求1所述的便携式激光扫描李萨如图形演示仪，其特征是:所述电机(7)通过偏心轮⑶和连杆⑶驱动V方向振片(10)连同小反射镜(11)沿垂直于底板(15)方向产生振动，使投射在小反射镜(11)上的激光束(16)的反射光束(17)也沿垂直于底板(15)方向往返扫描。
4.根据权利要求1所述的便携式激光扫描李萨如图形演示仪，其特征是:所述电机(7)通过电机调速模块(13)调节转速，传感器(12)和电机测速与频率显示模块(14)测出电机转速并转换成频率显示出来。
5.根据权利要求1所述的便携式激光扫描李萨如图形演示仪，其特征是:当X方向振片⑷的振动频率与V方向振片(10)的振动频率成整数比时，激光束(17)在屏幕(18)上扫描出李萨如图形。
6.根据权利要求1所述的便携式激光扫描李萨如图形演示仪，其特征是:当调节所述信号发生模块(1)产生的正弦信号电压时，电磁铁(2)中随电流而改变的磁力随之改变，从而改变X方向振片的振幅，即改变X方向扫描的幅度。
【文档编号】G09B23/10GK204117440SQ201420476221
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2014年8月22日
【发明者】范琛瑞, 杨广武, 张光璐, 霍光耀, 姚橙 申请人:天津城建大学