一种基于遥操作的康普顿散射实验教学装置

本发明涉及实验教学应用领域，具体是一种基于遥操作的康普顿散射实验教学装置，即远程遥操作环境下，学生可以根据自己的需求远程遥操作康普顿散射实验装置，探究不同散射体的x光散射特性。

背景技术：

1、在教育部推进“新工科”建设的大背景下，国内各高校均积极开展工程类学科的教学改革。实验是高校人才培养的重要实践性环节，是本科教学的重要组成部分。实验教学是培养学生动手能力和创新精神的重要手段。针对不同专业学生的特点，开展相应的实验课程教学改革，充分调动他们的积极性，提升他们的实验技能，培养他们的创新能力，使他们更好地适应下一阶段的工作和学习，是一项值得深入探索的教学研究课题。康普顿散射实验是核物理方面获得诺贝尔奖的经典实验，对学生理解射线和物质的相互作用具有非常重要的意义。近年来，由于传统的康普顿散射实验需要利用放射源产生γ射线，豁免源在实验过程中的现象不是特别明显，需要利用v类源开展康普顿散射实验。由于以上的局限性限制了经典实验在当前教学中的广泛使用。而随着技术的发展，工程上的机器人遥操作技术发展越来越迅猛，这种技术的应用不仅可使科学家们和工程师避免前往现场实施实验，降低实验成本和风险，同时也可以更方便地获取数据和进行实验控制，提高实验效率和精度。而把该技术和康普顿散射实验结合起来，不仅可以使得学生能够顺利掌握康普顿散射实验设计的原理和方法，而且能够拓宽工程物理专业学生的知识面。

2、目前，康普顿散射实验是获得诺贝尔奖的经典实验，国内各大高校如：清华大学、上海交通大学、复旦大学和武汉大学等都设有康普顿散射实验。由于放射源可能会对实验操作员造成伤害，武汉大学提出了一种虚实结合的康普顿散射实验系统(cn201920852300.0)。另外，在实验操作过程中，其控制精度也对操作人员提出了极高的要求，对此中国石油大学(华东)提出了虚拟康普顿散射实验系统(cn201811214276.4)。以上的实验装置在对学生实际操作过程中的体验以及实现真实环境下康普顿散射的实验都有一定局限性。为此，本发明提出一种新型的康普顿散射实验教学装置，不仅可以避免射线对人员的伤害，同时可以实现高精度控制。

技术实现思路

1、本发明的内容是为了弥补传统的康普顿散射实验教学装置的缺陷，提供一种基于遥操作的康普顿散射实验教学装置。为达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

2、一种基于遥操作的康普顿散射实验教学装置，所述教学装置包括：康普顿散射实验装置、旋转机械系统、机械臂、第1人机交互装置和第2人机交互装置；

3、所述康普顿散射实验装置包括：基座、x射线源、散射体、分度盘、检测装置和信号采集装置；其中，基座设有圆孔和圆形槽，基座与x射线源固定连接，圆孔位置安装分度盘，检测装置安装于圆形槽中，检测装置可以沿着圆形槽转动，分度盘中心放置散射体用于接收x射线源2发射光源并使光线偏折，检测装置与信号采集装置电联结，用于采集经过x射线源2发射光源偏折线；

4、所述旋转机械系统包括第1齿轮、第2齿轮、步进电机、信号接收器、信号发射器；其中，基座与步进电机固定连接，使得检测装置在第2齿轮的转动下可以沿着圆形槽转动，步进电机与第1齿轮轴连接，第1齿轮与和第2齿轮啮合传动连接，在步进电机的转动下带动第1齿轮转动，从而第2齿轮转动，进一步，检测装置和分度盘转动；步进电机与信号接收器电联结，用于传递步进电机的信号至第1人机交互装置中，步进电机与信号发射器电联结，用于将第1人机交互装置的信号传递至中步进电机，第1人机交互装置与信号发射器和信号接收器电联结；

5、所述机械臂安装在基座一侧，机械臂与第2人机交互装置电联结，用于将第2人机交互装置信息传递给机械臂，机械臂根据第2人机交互装置信息更换散射体，用于实现不同材料散射体的多次实验。

6、进一步，实验人员通过对第1人机交互装置和第2人机交互装置远程遥操作控制。

7、进一步，所述的机械臂与第2人机交互装置数据实时传递连接。

8、进一步，所述的旋转机械系统与第1人机交互装置数据实时传递连接。

9、本发明的效益在于：

10、本发明完善了康普顿散射实验教学装置，改变了传统康普顿散射实验教学装置无法远程特性，具有智能化程度高、可操作性强和安全的技术优点。

技术特征：

1.一种基于遥操作的康普顿散射实验教学装置，其特征在于，所述教学装置包括：康普顿散射实验装置、旋转机械系统、机械臂、第1人机交互装置和第2人机交互装置；

2.根据权利要求1所述的教学装置，其特征在于，实验人员通过对第1人机交互装置和第2人机交互装置远程遥操作控制。

3.根据权利要求1所述的教学装置，其特征在于，所述的机械臂与第2人机交互装置数据实时传递连接。

4.根据权利要求1所述教学装置，其特征在于：所述的旋转机械系统与第1人机交互装置数据实时传递连接。

技术总结本发明公开了一种基于遥操作的康普顿散射实验教学装置，包括康普顿散射实验教学装置、旋转机械系统、机械臂、第1人机交互装置和第2人机交互装置。所述的康普顿散射实验装置包括：基座、X射线源、散射体、分度盘、检测装置和信号采集装置。所述的旋转机械系统包括：步进电机、信号接收器、第1齿轮、第2齿轮和信号发射装置。所述的机械臂与第1人机交互系统数据实时传递连接。所述的旋转机械系统与第2人机交互系统数据实时传递连接。本发明提出的康普顿散射实验教学装置，对康普顿实验教学装置完善与补充，提高整体康普顿实验教学的便捷性，具有智能化程度高、可操作性强和安全的技术优点。技术研发人员：李远杰受保护的技术使用者：中国科学技术大学技术研发日：技术公布日：2024/5/16