气垫导轨上碰撞瞬间测量.doc

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1、气垫导轨上碰撞瞬间的测量碰撞过程的瞬态数字测量，把力传感器和现代数字测量技术结合起来，用以实现冲击力的时间历程的数字测量。它既是基础训练的综合实验装置，也是一个实用性很强的通用仪器。力传感器，电荷放大器和瞬态采集系统可广泛用于一般力学测量，冲击和振动研究。【实验目的】1.学会气垫导轨的原理和调整，挡光板和光电计时器的原理，瞬时速度的测量以及数字毫秒计的使用。2.获得碰撞发生时，冲击力随时间变化过程的物理图象，加深对动量、碰撞、冲量等基本概念的认识。3.得到从压电原理、传感器结构、信号调制等现代传感器技术的初步训练。4.通过瞬态信号的记录以及它与实际物理量的转换关系的研究，体会数字

2、技术的特点和优越性。5.通过编写简单程序，培养使用计算机进行实验数据处理的能力。【实验原理】碰撞和冲击通常是一个很短暂的时间过程，质点在碰撞前后的动量变化服从动量定理：（1）传统的气垫导轨实验装置不能用来进行动量定理的实验测定和验证，主要困难是不能进行冲击力的变化过程的瞬态测量。本系统采用压电晶体做成的力传感器完成力电信号的转换，并经电荷放大器将其转化为电压输出。我们只要测得电荷放大器的输出电压V（t），就可以知道碰撞过程中冲击力随时间的变化关系F（t）。即：V（t）=GS0F（t），GS0为转换系数。实验中获得的冲击力波形如图所示，它类似一个半正弦波。为了便于大家理解瞬时冲量的

3、计算，下面给出一组实测得到的数据及处理方法。动量测量部分：滑块上挡光杆间距ΔL=1.000cm滑块质量M=0.2206Kg碰撞前滑块通过光电门的挡光时间Δt1=33.12ms碰撞后滑块通过光电门的挡光是Δt2=43.90ms由此可以算出碰撞前后的动量改变量为：冲击测量部分：传感器灵敏度S0=4.00PC/N，板卡编号为0电荷放大器灵敏度Q=0.1N/Unit，电压放大倍数K=1.0；触发电平：1.0V，偏置电平：-2.0V触发方式：内触发、正斜率、零位调整为中点；采样长度：1000，提前量：200，采样速率ΔT=20μs，上限频率：5000HZ，翻转波形√（选中）。采集得到的冲击

4、瞬态波形如图所示。数值积分计算结果为：（5）比较动量变化和冲量的计算结果，两者的百分差为：（5）式中“5”来自A/D采样的动态范围±2.5v；“256”来自A/D的分辨率8bit，256=28；Xi是冲击波形的采样值减去零电平的（电压）差值。【实验内容】1.调节气垫导轨水平，并调整光电门处于待测状态。测出滑块质量。2.开启计算机，在桌面上点击“碰撞过程的瞬时测量”，输入姓名，学号。确定后，按F2设置参数，（参数已设置好，按“下一步”默认即可）。参数设置完毕，点击“完成”，计算机进入自动采集程序。3.给滑块一个速度，让滑块与力传感器碰撞。此时计算机屏上给出一幅冲击力波形。满意后，输

5、入滑块的动量参数，并加以保存。4.保存后在“文件”栏内点击“导出文件”项导出一个文本文件，用于进行冲击测量部分和动量测量部分的数据处理。这时会弹出一个对话框，选择保存路径和文件名。5.数据保存后，可用软盘复制便于回去进行数据处理。6．实验中有四个不同材料的碰撞头，可供选择。实验要求对不同的碰撞头都进行测量，并加以比较分析。