基于合成振动原理的多功能光电一体化设备的制作方法

本实用新型涉及一种基于合成振动原理的多功能光电一体化设备，属于光电设备领域，具有辅助建筑设计、音视频变幻显示、音乐广场辅助设计、李萨如图演示、未知振动频率探测等多种功能。

背景技术：

一个质点同时在相互垂直的x轴和y轴上作简谐运动，若两个振动频率成整数比，将形成封闭的李萨如图，但李萨如图的直观展示较为困难。

目前，所能够见到的李萨如图形显示仪一般为简易演示教学类，其优点在于简单便携，而缺点也相当明显，即输入频率不稳定，输入数据单一不连续，或输入频率不稳定，较难实现演示稳定清晰的李萨如图，同时无法输出显示频率，基本无其他音乐广场设计、建筑辅助设计等其他扩展功能等。

技术实现要素：

针对现有传统的李萨如图形演示方法不直观、试验现象观测不便及不能进行频率探测及不便于扩展化研究的特点，本实用新型专利提供了一种基于合成振动原理的多功能光电一体化设备，该设备具有形成过程直观、图像清晰明显、能够扩展应用于未知频率振动的频率探测及辅助进行大型建筑工程设计及音乐广场设计等功能。

为了实现上述的技术特征，本实用新型的目的是这样实现的：基于合成振动原理的多功能光电一体化设备，它包括用于产生激光束的激光发射器；

用于对激光发射器所发出光束在平面进行振动合成的x方向振动元件和y方向振动元件；

所述x方向振动元件和y方向振动元件通过粘贴在其表面的反射片反射后合成振动在成像区域形成图像；

所述x方向振动元件和y方向振动元件上的反射片所在的平面相互垂直且两平面的法向量呈一定的角度a；

所述x方向振动元件和y方向振动元件能够同时或者分别输入已知频率或者未知频率的振动信号。

所述x方向振动元件通过连接导线和功率放大器与可调频率谐振发生器相连，所述y方向振动元件通过连接导线和功率放大器与音频输入信号源相连，所述可调频率谐振发生器和音频输入信号源都与电源相连，并提供电能。

所述音频输入信号源采用手机app或电脑软件输入各种简谐振动信号或者音乐，信号质点通过x方向振动元件和y方向振动元件的合成振动，通过激光显示获得不断变幻的美妙图案。

所述反射片的反射材料采用单晶硅片。

所述反射片的振动反射面设置在x方向振动元件和y方向振动元件的中央最大振幅点和边缘最小振幅点之间，形成反射面的倾斜振动。

整个设备的元器件采用粘贴方式固定于铁质底座上，所述激光发射器设置于铁质底座一端，所述x方向振动元件设置于激光发射器的正前方，所述x方向振动元件的前方设置y方向振动元件。

所述角度a的取值为60°。

所述反射片通过连接件与相应的x方向振动元件和y方向振动元件相连。

相对于传统教学演示用李萨如图演示装置，如示波器、音叉玻璃片反射、激光玻璃片发射等装置，本实用新型具有如下优点：

1、研制的多功能光电一体化设备，由于在光反射材料选择和反射面角度设置，以及反射面稳定振动幅度获取方面的创新性优化，大大提高了振动叠加显示图形的稳定性和清晰度。

2、研制的多功能光电一体化设备，不仅能实现李萨如图的稳定、清晰展示，优于传统的示波器和其他音叉玻璃片反射、激光玻璃片发射等装置，而且其能做到输入频率连续可调，这样在已知一个简谐振动的频率和获取稳定李萨如图基础上，就可以通过图形比对知道两个谐振的频率比，从而计算出另一个输入的未知频率谐振的振动频率。

3、由于输入的频率是连续可调和可显示的，因此可以选择显示的美妙图形用于建筑工程外观或结构设计。在输入频率连续可调和可获取的情况下，就能将需选择使用的美妙图形和频率的对应关系作为建筑复杂造型选型的输入参数进行模型数字化，从而辅助进行建筑造型设计，如设计出类似鸟巢的复杂外观或结构体系。

4、将具有节奏的音乐信号与其他简谐波信号合成，通过光质点展现出来，就能形成各种音乐和曲线配合同时变幻的场景，用于室内音视频转换欣赏或城市音乐广场设计，产生极具震撼力的效果，具有很好的改善生活环境应用意义。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1基于合成振动原理的多功能光电一体化设备平面布置示意图。

图2多功能光电一体化设备振动元件及反射片布置图。

图3基于合成振动原理的多功能光电一体化设备光路示意图。

图中：1-激光发射器、2-x方向振动元件、3-y方向振动元件、4-音频输入信号源、5-功率放大器、6-连接导线、7-可调频率谐振发生器、8-电源、9-铁质底座、10-单晶硅反射片、11-连接件、12-光束、13-成像区域。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

参见图1，基于合成振动原理的多功能光电一体化设备，它包括用于产生激光束的激光发射器1；用于对激光发射器1所发出光束12在平面进行振动合成的x方向振动元件2和y方向振动元件3；所述x方向振动元件2和y方向振动元件3通过粘贴在其表面的反射片10反射后合成振动在成像区域13形成图像；所述x方向振动元件2和y方向振动元件3上的反射片10所在的平面相互垂直且两平面的法向量呈一定的角度a；所述x方向振动元件2和y方向振动元件3能够同时或者分别输入已知频率或者未知频率的振动信号。

通过采用上述结构的光电一体化装置，由激光发射器1发射一束激光，经过位于不同平面的x方向振动元件2和y方向振动元件3进行振动合成后，光质点同时参与x、y两个方向上的简谐运动，光通过粘贴在x方向振动元件2和y方向振动元件3上的10反射后合成振动在成像区形成图像，如两个简谐振动的频率正好成整数比，则形成的图形称为李萨如图。

其中应保证x方向振动元件2和y方向振动元件3上的反射片10振动方向垂直，即两个反射片10所在平面应相互垂直、平面的法向量成60°。

其中x方向振动元件2和y方向振动元件3可输入已知频率或者未知频率，也可用手机app或电脑软件输入各种简谐振动信号或者音乐，信号质点通过x方向振动元件2和y方向振动元件3上的合成振动，通过激光显示获得不断变幻的美妙图案。

进一步的，所述x方向振动元件2通过连接导线6和功率放大器5与可调频率谐振发生器7相连，所述y方向振动元件3通过连接导线6和功率放大器5与音频输入信号源4相连，所述可调频率谐振发生器7和音频输入信号源4都与电源8相连，并提供电能。

进一步的，所述音频输入信号源4采用手机app或电脑软件输入各种简谐振动信号或者音乐，信号质点通过x方向振动元件2和y方向振动元件3的合成振动，通过激光显示获得不断变幻的美妙图案。

通过采用上述的信号源输入方式，在具体使用过程中，通过可调频率谐振发生器输入已知频率的一列简谐波，同时输入另一列未知频率的简谐波，通过调整输入的未知频率，当形成稳定的李萨如图案时，可根据李萨如图的不同判断出两列谐波的频率比，由此根据已知频率就可以计算出另一路输入的未知频率。

由于输入振动的频率可以获知，通过捕捉、保留一定美妙图形的输入频率作为设计参数，根据此频率运用matlab，vb，c语言等程序输出成数字化的图像，然后输入bim等模型构建软件，就能辅助进行建筑外型和结构设计，设计出类似于鸟巢等复杂外观结构的建筑物。

将两列输入频率采用同一首音乐的不同声道输入，就能将音乐的音频信号转变为合成振动的各种变幻图像视频信号，得到一系列复杂而又具有美感的合成图像，形成音、视频同时欣赏的美妙效果。通过输入节奏感强烈的音乐音频信号，或者音乐信号与其他频率谐振发生器产生的简谐振动进行合成，通过激光、射灯等将图案展现在led屏幕上，可设计具有震撼力的音乐广场，并与音乐喷泉，音乐舞蹈相呼应，形成音乐、喷泉和舞蹈相互配合、美轮美奂的休闲场景，产生极具震撼力的效果，具有很好的改善生活环境意义。

进一步的，所述反射片10的反射材料采用单晶硅片。之所以采用单晶硅片，而不采用玻璃镜片反射材料。采用单晶硅反射片解决：一是激光照射时只在单晶硅表面形成单一反射，解决传统玻璃镜片表层和底层均对光源起反射作用、两路反射发生干涉形成图像重影明显清晰度不高的问题；二是单晶硅片比玻璃镜片等其他材料更轻更薄，利用振动元件扬声器等带动起来同幅振动更容易更稳定。

进一步的，所述反射片10的振动反射面设置在x方向振动元件2和y方向振动元件3的中央最大振幅点和边缘最小振幅点之间，形成反射面的倾斜振动。之所以采用上述布置结构，主要原因在于：单晶硅片布置在扬声器或振动元件上的位置对x方向和y方向振幅影响较大，因此合理布置单晶硅片的位置非常关键。因振动元件中心点与边缘振幅不同，为获得某一方向上的反射振动效果最佳，将振动反射面设置在振动元件中央最大振幅点和边缘最小振幅点之间，形成反射面的倾斜振动。通过设置一定的角度，以便于获得x、y方向上的最大振幅，形成清晰稳定的图像。如图2所示。

进一步的，整个设备的元器件采用粘贴方式固定于铁质底座9上，所述激光发射器1设置于铁质底座一端，所述x方向振动元件2设置于激光发射器1的正前方，所述x方向振动元件2的前方设置y方向振动元件3。通过采用上述结构的固定安装方式，能够实现装置各部分位置固定不产生相对移动，同时又可以灵活调整方向。以便输出稳定可见并便于定性判断频率比的图像。

进一步的，所述角度a的取值为60°。通过采用上述的角度值，能够保证当两个简谐振动的频率正好成整数比，则形成的图形称为李萨如图。

进一步的，所述反射片10通过连接件11与相应的x方向振动元件2和y方向振动元件3相连。

基于合成振动原理的多功能光电一体化设备的工作原理及过程为：

由激光发射器1发射一束光束，经过位于x方向振动元件2进行x方向振动后继续传播至y方向振动元件3参与y方向振动叠加，x方向振动元件2和y方向振动元件3使得光质点同时参与了x、y两个垂直方向上的简谐运动，光质点通过粘贴在x方向振动元件2和y方向振动元件3上的单晶硅反射片10反射后在成像区形成稳定清晰可见的振动叠加图像。当两个振动均为简谐振动且输入频率比为整数比时，就会满足李萨如图的形成条件，在成像区形成完整清晰的李萨如图。

考虑到音乐是典型的有节奏的波形信号，将这种波形信号与其他简谐波信号合成后，通过合成光质点展现出来，就能形成各种变幻的音乐和曲线配合场景，用于城市音乐广场设计。当两路振动单元输入同一音频的不同声道振动时，就能将音频的音乐信号转变为合成振动的各种变幻图像，实现音频转视频的美图欣赏，具有很好的改善生活环境的意义。

通过控制频率的连续输入和显示，就能掌握各种复杂图形与频率的对应关系，通过捕捉、保留一定美妙图形的输入频率作为设计参数，就能辅助进行特殊外型的建筑外观或结构设计，结合建筑信息模型bim技术应用，实现异形结构的数字化加工和建造，应用于建筑外型设计和建筑结构设计。