XBL-1500F自由落體試驗儀

　　本試驗儀器是根據(jù)我公司發(fā)明的專利項目《一種測量位移、速度、加速度的方法及系統(tǒng)》(專利號：201210144157.2)所研制開發(fā)的精密數(shù)字化物理試驗儀器。  

　　其中XBL-1500L/XBL-1500N/XBL-1500M/XBL-1500SP/XBL-1500E五種儀器主要硬件部分完全相同，只要增加少許配件及相應軟件就可隨意交替使用。 

【儀器組成】

XBL-1500F自由落體試驗儀

   如上圖，自由落體試驗儀由導向器1、落體球2、線光源3、二維傾斜調(diào)節(jié)器4、CCD線掃描相機5、數(shù)據(jù)采集卡、系統(tǒng)軟件、計算機系統(tǒng)組成。

【儀器概況】

   1、落體：采用任意球如健身鐵球、健身石球、乒乓球、高爾夫球、網(wǎng)球等，這些球均是低成本、易采購的物品。

   2、數(shù)據(jù)采集：采用線掃描CCD相機探測落體的位置，CCD的像素為5150，像素尺寸為7微米，鏡頭采用50毫米定焦光學鏡頭，孔徑范圍：f/1.8-f/22。

   3、采樣頻率：每毫秒采樣1次。

   4、光源：采用1500毫米長的節(jié)能白色日光燈，功率：35W。

   5、位移測量精度：±0.3mm。

   6、  數(shù)據(jù)處理：采用C++開發(fā)的專用測量軟件，在WINDOWS操作系統(tǒng)下運行，能以表格、圖像、公式等多種方式顯示、打印，有多種數(shù)字擬合方法，原始測量數(shù)據(jù)可以保存為EXCEL文件格式，方便學生自主處理。

【儀器原理】

   線光源垂直放置，線光源發(fā)出的光線由線掃描CCD相機接收并轉(zhuǎn)換成電流信號，電流信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后送入計算機進行運算，當落體球下落時，會擋住光線，計算機可以實時計算出被擋光線的位置即落體的位移及相應的時刻，對采集到的大量的位移及時間數(shù)據(jù)，采用Zui小二乘曲線擬合的方法計算出位移隨時間變化的函數(shù)，對該函數(shù)一次求導可求出落體運動的速度，兩次求導可求出物體運動的加速度，同時結(jié)合物體的質(zhì)量還可地計算出一系列與運動相關的物理量如動量、動能、勢能、重力加速度、空氣阻力等。

【系統(tǒng)軟件】

1、原始測量數(shù)據(jù)界面

     上圖為原始數(shù)據(jù)顯示界面，從中可以看出本次自由落體試驗經(jīng)歷了477.37毫秒，系統(tǒng)進行了449個點的采樣，平均1毫秒采樣一次數(shù)據(jù)。

2、擬合數(shù)據(jù)界面

    上圖為對測試數(shù)據(jù)進行擬合后的界面，共有三個顯示窗口，分別顯示位移—時間曲線、速度—時間曲線、加速度—時間曲線，位移—時間窗口同時顯示測試數(shù)據(jù)及擬合數(shù)據(jù)，通過擬合后的曲線可計算出當?shù)氐闹亓铀俣葹?.841704。

3、數(shù)據(jù)輸出界面

原始測量數(shù)據(jù)可以保存為EXCEL文件，方便同學們自主對數(shù)據(jù)進行處理。

4、打印試驗報告，打印出的試驗報告如下頁所示。