波尔共振仪的改进的研究报告

《波尔共振仪的改进的研究报告》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、波尔共振仪的改进研究报告一、实验简介玻尔共振实验主要是研究机械受迫振动的幅频特性和相频特性，观察共振现象。光电门H玻尔共振仪由振动仪、电器控制箱、闪光灯组成。振动仪主要由涡卷弹簧控制的金屈摆轮、电磁阻尼线圈、电机驱动的周期性外力矩系统等构成。实验中，弹簧产生使摆轮回到平衡位置的恢复力矩，铁芯线圈用来产生磁场,金属摆轮在磁场中运动，在摆轮中会产生涡形感应屯流，形成电磁阻尼力矩。电动机轴上装有偏心轮，当电机转动吋，通过连杆机构使弹簧产生按简谐振动规律变化的形变，形成周期性的强迫力矩。摆轮在这三种力矩共同作用下形成受迫振动。

2、这种受迫振动的稳定状态是简谐振动。=-jW—b+耳cos这是摆轮振动微分方程。式中：I为摆轮的转动惯量；-k0为弹性力矩；M。为强迫力矩的幅值；3为强迫力的角频率，即电机转动的角速度。令硏则上式变为通解即受迫振动角位移9=cos+a)十qcos(of4-罚受迫振动可以分为两部分。第一部分+表示阻尼振动，经过一定时间衰减后消失。第二部分，说明强迫力矩对摆轮做功，向振动体传送能量，最后到达-•个稳定的振动状态。振幅角位移与强迫力矩之间的相位差＜1)振幅e与相位差e的数值取决于强迫力矩m、角频率3、系统的固有角频率®。和阻尼

3、系数B四个因素，而与振动起始状态无关。在保持其它因素不变的情况下，振幅0与相位©随角频率改变的规律称为幅频特性和相频特性，它们是受迫振动的主要特征。本实验的主要内容就是通过测量不同角频率时的摆轮振幅和相位差，得到受迫振动的幅频特性和相频特性。二、测量的相位差的原理长凹獻短凹槽D铜质摆轮A岷卷弹簧B阻尼线凱光电门］角度指针壯岂门H闪光灯/连+T1.强迫力矩由电机转动产生的，两者周期相同，强迫力矩的角频率和电机转动角速度相等。因此，在相同的时间间隔内，强迫力矩相位的改变量应该等于电机转过的角度。2.在电机轴上固定了一个有机

4、玻璃盘，在玻璃盘有两条相隔180度的刻度线，称为角度盘指针F。在振动系统静止时，当摆轮上的长F1槽对准光电们H时，角度盘指针F停在角度盘G零刻度处。光电们II处是摆轮振动时的平衡位置,因此，角位移为零，此时弹簧无形变，强迫力矩为零。3.在受迫振动达到稳定状态吋，如果每次摆轮上的长凹槽经过光电们H时，角度盘指针F也正好经过角度盘G零刻度处。摆轮角位移与强迫力矩两者相位是相等的。如果每次摆轮上的长凹槽经过光电们H时，角度盘指针F处在角度盘G其它位置，说明摆轮角位移与强迫力矩两者间存在相位差，相位差的大小等于此时强迫力矩的相

5、位值减去角度盘指针F经过角度盘零刻度处时强迫力矩的相位值，等于角度盘指针F经过角度盘零刻度处和摆轮上的长凹槽经过光电们H处这两个时刻间角度盘指针F转过的角度，也就是摆轮上的长凹槽经过光电们H时角度盘指针F在角度盘上指示的角度值。1.曲于电机转动是非常快的，每次摆轮上的长凹槽经过光电们H时，根本无法直接看清角度盘指针F在角度盘上指示的角度值。因此，原来仪器采用了频闪法来观察角度盘指针F在角度盘上指示的角度值。频闪法就是每次摆轮上的长凹槽经过光电门H时，光电门H产生一个脉冲信号控制闪光灯发光，照射冇机玻璃转盘上的角度盘指针

6、F,由于角度盘指针F反光，人眼看到了一条亮线。由于整个过程是周期性，所以亮线总是出现在角度盘的同一刻度处，似乎静止不动。这样就读到了相位差。频闪法测量相位差有两个缺点：1、闪光灯发出的光非常刺眼，观察不方便，并冃长时间观察，对实验者眼睛伤害很大。2、闪光灯寿命比较短，长吋间使用损坏得很快，很难维修。鉴于以上两个原因，提出以下的改进方案。三、相位差测量改进方案在角度盘的零刻度处装上一光电门P,当角度盘指针F经过吋，光电门P产生的脉冲信号启动计时电路A,计时电路B同时开始计时。当摆轮上的长凹槽经过光电门H时，光电门H产生的

7、脉冲信号停止计时电路A的计时。测得的时间差记为AT,AT是角度盘指针F转过相位弟（1）所需要的时间。当角度盘指针F连续两次经过光电门P时，计时电路B停止计时，测得的时间为电机转动周期T,也就是受迫振动的周期T,相位差4）=ATX2n/To控制器计算出的相位差直接用数码管显示，精确度为1度。实际，没有安製光电门P,而是使用了仪器原来的光电门I。在计算相位差时作了一定的调整。四、其它改进处1、原实验仪器在阻尼为零的情况下，如果打开电机开关进行受迫振动实验,摆轮振幅将会变得很大，碰坏摆轮，损坏弹簧。对此，添加了检测阻尼线圈电

8、流的电路。在阻尼线圈电流为零时，电机口动关闭。2、实验过程中需要测量振幅和固有周期的关系，以及系统作阻尼振动时振幅衰减的过程。这两部分的实验内容需要记录的数据较多，且数据变化非常快，一个人无法完成数据的记录，两个人乂会经常出现记录的数据不一致的现象。因此，添加了数据存储回查功能。在测量完成后，通过回查方式，可以方便的记录数据。改进