一种可视互动的静电场教学实验系统的制作方法

本技术属于教学实验设备，具体涉及一种可视互动的静电场教学实验系统。

背景技术：

1、静电场描绘实验是高等学校的一项经典实验，常用稳恒电流场模拟静电场的方法来间接测量静电场，通过电场线和等势面来描绘静电场，电场线与等势面处处正交，因此有了等势面的图形就可以大致画出电场线的分布图，反之亦然。此种实验方法叫“模拟法”。

2、而现有的静电场描绘仪大都是上下结构，下层为静电场，上层为描绘层；在下层找到正确的点位后再在上层逐一描点，最后将所有点连线。

3、该方式存在需要在下层找到对应点后再到上层画点，比较麻烦；且需要人工找等势点，人工误差较大，导致实验精度较低；同时，在教学过程中，难以同时开展演示性和验证性教学，互动性较弱，难以激起学习者的兴趣，从而影响教学效率。

技术实现思路

1、鉴于上述现有的静电场描绘仪存在操作麻烦，实验精度低和互动性较弱的问题，本实用新型目的之一在于提供一种可视互动的静电场教学实验系统和控制方法，该教学实验系统以可视互动性入手，表现形式生动形象，可有效提高学习的自主性，有利于培养学习者的学习和创新能力。

2、为实现上述目的，本实用新型采用下列技术方案：

3、一种可视互动的静电场教学实验系统，包括实验平台子系统和操作控制子系统。

4、其中，所述实验平台子系统，用于采集静电场中探测点的电位信息和位置信息，其具有模拟静电场；触摸板，和所述模拟静电场配合设置，并呈上下平行排列；同步探针件，具有和所述模拟静电场配合的第一探针及和所述触摸板配合的第二探针；所述第一探针和所述第二探针位于同一直线上，且保持同步运动。

5、所述操作控制子系统和触摸板及第一探针信号连接，并能根据所述触摸板的位置信息和第一探针的电位信息完成静电场特性图形化处理。

6、当第一探针找到待测点后，控制所述第二探针和所述触摸板接触，从而获得待测点的位置信息，所述操作控制系统根据所述触摸板的位置信息和第一探针的电位信息绘制图形，从而实现可视化静电场的实验教学目的。

7、在本实用新型公开的其中一个技术方案中，所述操作控制子系统包括下位机，和所述第一探针信号连接，以接收所述模拟静电场的探测点的电位信息并进行处理；上位机，设有可视互动控制应用软件；所述上位机和所述下位机及所述触摸板信号连接，以接收并存贮所述下位机处理后的电位信息和所述触摸板的位置信息，并根据实验教学的内容设计，可视化互动控制应用软件完成静电场特性图形化处理、向下位机下达操作指令和显示实验结果。

8、在本实用新型公开的其中一个技术方案中，所述可视互动控制应用软件包括静电场实验教学视频播放模块，具有多个具体实验过程的教学视频，用于传授静电场实验的知识点；静电场实验教学培训素材库，用于演示实验教学培训素材，解释图形显示原因，传授静电场实验的知识点；人机交互界面，以实现设置实验所需的参数、功能选择、知识点讲解和互动式操作。

9、在本实用新型公开的其中一个技术方案中，所述静电场实验教学培训素材库具有以下至少一者：静电场实验指导书、标准实验报告、实验大纲和实验教案素材库。

10、在本实用新型公开的其中一个技术方案中，所述模拟静电场包括导电介质和电源机构；所述导电介质和所述触摸板上下平行排列。

11、在本实用新型公开的其中一个技术方案中，所述电源机构和所述下位机信号连接。

12、在本实用新型公开的其中一个技术方案中，所述导电介质为导电微晶板。

13、在本实用新型公开的其中一个技术方案中，所述导电微晶板设有若干不同的电极。

14、在本实用新型公开的其中一个技术方案中，所述同步探针件具有同步支架；所述同步支架具有两个上下平行排列的探针臂；所述第一探针和所述第二探针分别安装在两个所述探针臂上。

15、在本实用新型公开的其中一个技术方案中，所述第二探针包括联接部，穿设于和所述第二探针对应的探针臂上；其具有两端开口的空腔；顶针部，活动设置在所述联接部的空腔中；压簧，设置在所述联接部的空腔中，两端分别与联接部及顶针部连接；调节部，和所述顶针部的上部连接。

16、当第一探针找到待测点后，通过调节部按压顶针部和触摸板接触，从而获得待测点的位置信息。

17、在本实用新型公开的其中一个技术方案中，所述第二探针还包括按压控制机构；所述按压控制机构和所述下位机信号连接。

18、当第一探针找到待测点后，所述下位机控制所述按压控制机构按压调节部，使所述顶针部和所述触摸板接触，获得待测点的位置信息。

19、在本实用新型公开的其中一个技术方案中，所述实验平台子系统还包括两块呈上下排列的固定板；所述固定板之间通过设置在四角位置的螺杆连接，并由螺母固定，以形成双层结构。

20、其中，所述模拟静电场和所述触摸板分别安装在两块固定板上。通过以上说明可知，与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

21、1.通过第一探针和第二探针分别获得待测点的电位信息和位置信息，可视互动控制应用软件可根据位置信息和下位机处理后的电位信息进行绘图，实验表现形式生动、直观，有利于提高学生的参与度，有效激发学习者的学习乐趣，且有利于提高实验精度。

22、2.可通过电场实验教学视频播放模块和静电场实验教学培训素材库进行演示性、示范性教学实验，使学习者熟悉静电场描绘操作，并通过实时获得实验结果的图像进行结果分析，有效缓解电磁波教学中普遍存在由于电磁波看不见、摸不着造成的理论难于消化，概念难于理解，理论难以联系实际的诸多困难，从而可有效激发学习的自主性和自觉性，利于知识学习与创新能力培养。

23、3.当第一探针检测到待测点后，下位机根据接收的的电位信息控制按压控制机构按压调节部，从而使第二探针和触摸板接触，获得待测点的位置信息，并进行绘图，从而可减少人工误差，有利于提高实验精度。

技术特征：

1.一种可视互动的静电场教学实验系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的可视互动的静电场教学实验系统，其特征在于，所述操作控制子系统包括：

3.根据权利要求2所述的可视互动的静电场教学实验系统，其特征在于，所述模拟静电场包括导电介质和电源机构；所述导电介质和所述触摸板上下平行排列。

4.根据权利要求3所述的可视互动的静电场教学实验系统，其特征在于，所述电源机构和所述下位机信号连接。

5.根据权利要求2所述的可视互动的静电场教学实验系统，其特征在于，所述同步探针件具有同步支架；所述同步支架具有两个上下平行排列的探针臂；所述第一探针和所述第二探针分别安装在两个所述探针臂上。

6.根据权利要求5所述的可视互动的静电场教学实验系统，其特征在于，所述第二探针包括：

7.根据权利要求6所述的可视互动的静电场教学实验系统，其特征在于，所述第二探针还包括按压控制机构；所述按压控制机构和所述下位机信号连接；

8.根据权利要求1所述的可视互动的静电场教学实验系统，其特征在于，所述实验平台子系统还包括：

9.根据权利要求2所述的可视互动的静电场教学实验系统，其特征在于，所述可视互动控制应用软件包括：

10.根据权利要求9所述的可视互动的静电场教学实验系统，其特征在于，所述静电场实验教学培训素材库具有以下至少一者：静电场实验指导书、标准实验报告、实验大纲和实验教案素材库。

技术总结
本技术属于教学实验设备技术领域。鉴于现有的静电场描绘仪存在操作麻烦，实验精度低和互动性较弱的问题，本技术公开了一种可视互动的静电场教学实验系统，其结构包括实验平台子系统，用于采集模拟静电场中的探测点的电位信息和位置信息；操作控制子系统，用于操作控制静电场的可视化互动实验过程，设置静电场参数，实时分析处理电位和位置采集信息，完成静电场特性图形化处理，达到可视化静电场的实验教学目的。本技术通过可视互动的方式，实验表现形式生动、直观，有利于提高学生的参与度，有效缓解理论难以联系实际的困难，且通过进行演示性、示范性教学实验，解释图像显示原因，传授静电场实验的知识点，利于学习者学习知识。

技术研发人员：俞佩成,潘锦,潘搏,潘颢中
受保护的技术使用者：成都市金明星科技有限公司
技术研发日：20230529
技术公布日：2024/1/15