基于激光传感器的单摆周期测量仪的设计与实现-论文.pdf

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1、《自动化与仪器仪表》2014年第1期（总第171期）基于激光传感器的单摆周期测量仪的设计与实现*岳文东(甘肃省卓尼县柳林中学卓尼，747600)摘要：介绍了在89C51单片机控制下激光传感器的单摆周期测量仪的设计与实现。以市场现有单摆作为研究对象讨论了单摆周期测量的误差来源。通过使用激光传感器计数单摆摆球经过平衡位置的次数与89C51单片机定时器精确的计时，避免了人为计数与计时所引起的操作误差。本单摆测量仪精确度高、成本低廉、稳定性好、操作简单，具有一定的推广应用价值。关键词：激光传感器；单摆周期测量仪；误差来源；定时器Abstract：Designandimp

2、lementationformeasuringthesinglependulumperiodbythe89C51MCU.Pendulumperiodmeasure-menterrorsourcesavailableinthemarketpendulumstudy.ByusinglasersensorstocountthesingleSwingtheballthroughtheequilibriumpositionofthenumberofthe89C51microcontrollertimeraccuratetiming,toavoidtheerrorcause

3、dbyhumancountingandtimingoperations.Thispendulummeasurementaccuracy,lowcost,goodstability,easyoperation,withacertainapplicationval-ue.Keywords:LaserSensor;Singlependulum;SourcesOfError;Timer中图分类号：TP368.1文献标识码：B文章编号：1001-9227（2014）01-0119-030引言传统单摆实验仪如图1所示，使用该仪器测单摆周期时常利用单摆测重力加速度是高中物理及

4、大学物理的基础实用秒表计时，这种操作方法简单且容易实现，但是由于秒表精验，要求学生用多种摆长进行振动周期的测定来计算重力加速度和实验者操作秒表的反应时间都存在的差异会产生起动和停度。现有仪器和方法是通过移动摆球位置来实现改变摆长，用表两次误差，这样会造成测量结果的不稳定。即使采用测多个秒表测摆球多次经过平衡位置的时间来求单摆的平均周期，该周期取平均的方法，但没从本质上提高测量精度，况且多次测实验的主要误差来源于所测量到的单摆周期。由于人的反应时量也会占用很长的时间，也会造成实验枯燥无味。间对摆球的起、止位置判断上存在误差，使测量计时结果不够1.2当前先进的单摆实

5、验仪精确，教材中采取多次测量取平均值的办法虽然减小了误差，当前先进的单摆实验仪是在传统单摆实验仪的上增加光电但是又出现了一个问题：由于要测量多个周期所用的时间，实门和显示操作装置来实现的，实验装置如图2所示。通常采用验时间变长了，单摆可能变成了椭圆锥摆，而实验中又很难判光电门来检测单摆摆球和自动计数，实验时将光电门安放在摆断它是否变为椭圆锥摆,这将会给实验结果带来一定的误差[1]。球的平衡位置，确保摆球在摆动时能够顺利无阻地通过光电门为了减小由于手按秒表而引起的随机误差，为了能花很少的钱并能挡光，这样可在周期测定仪上读出单个周期或多个周期的就能改进测单摆周期的测

6、量，本文介绍了一种激光传感器的智总时间[2]。能单摆周期测量仪，它能准确地测量单摆在一个振荡周期或多次振荡叠加起来的总时间，并自动显示所测量的周期。1单摆仪器1.1传统的单摆实验仪图2当摆球第一次通过平衡位置时计数器开始计时，第二次通过平衡位置，也就是第二次遮光，小球运动半个周期，第三次遮光小球正好运动了一个周期，第四次遮光小球运动了一个半周期[3]。但是该实验仪器的使用需要调节光电门使摆球恰好在图1每次经过同一位置时能够阻隔光电门的发光部门和接受部分，收稿日期：2013-11-05*申请专利《高精度单摆实验仪》于2012年9月26日授权调节难度较大，而且该单摆

7、仪存在着设备体积较大、传感器移公告，专利号:201220057313.7动不方便等问题。作者简介：岳文东（1988-），男，甘肃天水人，主要从事1.3激光传感器的单摆实验仪新课程实验的教学工作。119基于激光传感器的单摆周期测量仪的设计与实现岳文东本激光传感器的单摆实验仪是对当前仪器结构和操作方法或周期次数，本设计中使用了4个独立拨码按键来实现一个数的改进，该仪器的实现只需在当前单摆仪的立柱上增加激光传字位的预置输入，输入范围可控制在0-9之间，预置时个位、感器来检测摆球，并能够通过显示操作装置来的自动计时和显十位分别置位的方式，预置电路设计如图5所示，其中按键

8、示单摆周期等功能，实验装