一种简谐运动合成演示仪

本发明涉及简谐运动合成演示仪，尤其是指一种简谐运动合成演示仪。

背景技术：

1、在大学物理中，学生在理解振动的合成上存在困难，尽管老师们使用动画进行了演示，但都不能真实的展现振动的合成过程。

2、传统的简谐运动合成演示技术可以分成两类。一类如弹簧振子、摆锤、示波器等设备提供了对简谐振动的基本直观表示，但它们的设计局限使得难以清晰地观察到振动的合成效果，不能达到帮助学生正确的理解振动及其合成。此外，这类设备的演示时间较长且难以调整，若在课堂上进行演示的话，可能会占用很多上课时间。另一类如交互式模拟设备，虽然可以提供更为清晰的可视化效果，但它们往往脱离了实际应用情境。学生难以将演示内容与实际生活中的振动应用联系到一起，从而降低了他们将所学知识转化为实际运用的能力。

3、另外，传统的简谐运动合成演示技术如示波器演示、机械模型、光学元件显示在进行现象切换(例如振动加强减弱现象、拍现象、李萨如图形)时，会面临切换速度缓慢和图像显示不清晰等方面的挑战，这些问题对最终呈现的结果产生不良影响，降低了演示的准确性和效果。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中简谐运动合成演示设备不够简易实用、各种现象切换速度缓慢且图像显示不清晰的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种简谐运动合成演示仪，包括激光简谐振动发生装置和成像生成装置；

3、所述激光简谐振动发生装置包括：

4、信号发生器：用于产生第一正弦波信号和第二正弦波信号；

5、第一振镜电机模块：包括第一电机，所述第一电机设置有第一振镜；

6、第二振镜电机模块：包括第二电机，所述第二电机设置有第二振镜；

7、第一控制模块：用于接收所述第一正弦波信号，并根据接收到的第一正弦波信号控制第一电机振动以带动第一振镜振动；

8、第二控制模块：用于接收所述第二正弦波信号，并根据接收到的第二正弦波信号控制第二电机振动以带动第二振镜振动；

9、所述成像生成装置包括激光笔和成像平面；

10、所述激光笔用于对振动中的第一振镜发射激光，振动中的第一振镜将接收到的激光反射至振动中的第二振镜，振动中的第二振镜将接收的激光再次进行反射到达成像平面；

11、通过第一振镜和第二振镜在振动过程中实现简谐运动合成，并通过激光将简谐运动产生的激光图显示在所述成像平面。

12、在本发明的一个实施例中，所述简谐运动合成包括合成振动加强；

13、所述振动加强合成过程具体为：所述信号发生器产生同方向、同频率且相位差为π的偶数倍的第一正弦波信号和第二正弦波信号，并分别发送至第一控制模块和第二控制模块，所述第一控制模块根据该第一正弦波信号控制第一电机振动以带动第一振镜振动，所述第二控制模块根据该第二正弦波信号控制第二电机振动以带动第二振镜振动；激光笔向振动中的第一振镜发射激光，振动中的第一振镜将接收到的激光反射至振动中的第二振镜，振动中的第二振镜再将接收到的激光反射至成像平面，并在成像平面显示振动加强激光图，其中，将第一振镜和第二振镜设置于同一平面。

14、在本发明的一个实施例中，所述简谐运动合成包括合振动减弱；

15、所述振动减弱合成过程具体为：所述信号发生器产生同方向、同频率且相位差为π的奇数倍的第一正弦波信号和第二正弦波信号，并分别发送至第一控制模块和第二控制模块，所述第一控制模块根据该第一正弦波信号控制第一电机振动以带动第一振镜振动，所述第二控制模块根据该第二正弦波信号控制第二电机振动以带动第二振镜振动；激光笔向振动中的第一振镜发射激光，振动中的第一振镜将接收到的激光反射至振动中的第二振镜，振动中的第二振镜再将接收到的激光反射至成像平面，并在成像平面显示振动减弱激光图，其中，将第一振镜和第二振镜设置于同一平面。

16、在本发明的一个实施例中，所述简谐运动合成包括合成拍现象；

17、所述拍现象合成过程具体为：所述信号发生器产生频率差值在预设范围内的第一正弦波信号和第二正弦波信号，并分别发送至第一控制模块和第二控制模块，所述第一控制模块根据该第一正弦波信号控制第一电机振动以带动第一振镜振动，所述第二控制模块根据该第二正弦波信号控制第二电机振动以带动第二振镜振动；激光笔向振动中的第一振镜发射激光，振动中的第一振镜将接收到的激光反射至振动中的第二振镜，振动中的第二振镜再将接收到的激光反射至成像平面，并在成像平面显示拍现象激光图，其中，将第一振镜和第二振镜设置于同一平面。

18、在本发明的一个实施例中，所述简谐运动合成包括合成李萨如图形；

19、所述李萨如图形合成过程具体为：所述信号发生器产生频率呈整数比的第一正弦波信号和第二正弦波信号，并分别发送至第一控制模块和第二控制模块，所述第一控制模块根据该第一正弦波信号控制第一电机振动以带动第一振镜振动，所述第二控制模块根据该第二正弦波信号控制第二电机振动以带动第二振镜振动；激光笔向振动中的第一振镜发射激光，振动中的第一振镜将接收到的激光反射至振动中的第二振镜，振动中的第二振镜再将接收到的激光反射至成像平面，并在成像平面显示李萨如图形激光图，其中，将第一振镜和第二振镜分别设置于互相垂直的平面。

20、在本发明的一个实施例中，基于所述频率呈整数比的第一正弦波信号和第二正弦波信号，通过改变第一正弦波信号和第二正弦波信号的相位差以改变李萨如图形的形状。

21、在本发明的一个实施例中，所述第一控制模块还对所述第一正弦波信号进行信号放大；所述第二控制模块还对所述第二正弦波信号进行信号放大。

22、在本发明的一个实施例中，所述激光简谐振动发生装置还包括稳压电源，所述稳压电源用于为所述第一控制模块和第二控制模块提供电源，所述稳压电源大小为15v。

23、在本发明的一个实施例中，所述信号发生器为双通道信号发生器。

24、在本发明的一个实施例中，所述成像平面为涂有荧光粉的平面。

25、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

26、本发明的简谐运动合成演示仪能够演示多种振动合成现象(振动加强减弱现象、拍现象、李萨如图形)，该演示仪操作简单，现象清晰，并且能够更快地在各个现象之间切换，真实的展示振动的合成过程，使观察者更容易理解和体验振动现象；激发学生的学习兴趣，提高教学效果，适用于大学物理的课堂演示教学，以及科普馆展示；

27、本发明的简谐运动合成演示仪还可以应用于研究材料的动态特性和疲劳特性，模拟材料在振动环境中的行为，为材料选择和改进提供有力的实验支持；另外，在机械、电气和声学工程中，利用该演示仪可以更好地了解系统的响应特性，优化设计，减少振动对设备的不利影响；在电子设备、汽车部件方面，利用该演示仪可以帮助测试产品的耐振性和性能稳定性；在建筑工程中，利用该演示仪可以测试建筑结构的振动特性，从而评估结构的稳定性、减震能力和耐风能力。