一种稳定的弹簧劲度系数测量仪器

1.本实用新型属于测量仪器技术领域，具体涉及一种稳定的弹簧劲度系数测量仪器。


背景技术：

2.弹簧是机械中的常用件，在实际生活中应用范围广泛，同时其也常常出现在精密仪器中，能够精确测量其劲度系数是具有较高的应用价值的。目前，现有技术一般通过传感器获取的光信号来测得弹簧运动的周期，从而测得弹簧的劲度系数，但是由于弹簧在振动过程中会左右摆动从而影响信号的接收，导致振动周期测量不准、弹簧的劲度系数计算不准，为此我们利用弹簧振子做简谐运动的特性，通过约束弹簧的运动以及保证弹簧受力方向准确来进行弹簧劲度系数的精确测量。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种稳定的弹簧劲度系数测量仪器，实现对弹簧劲度系数的准确测量。
4.为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
5.一种稳定的弹簧劲度系数测量仪器，包括振动台、弹簧、振子、光电传感器、单片机、透明围板、透明空心管及螺纹杆，所述振动台顶部设置有透明围板和透明空心管，且透明空心管位于透明罩体内，透明围板顶部可拆卸连接有顶板，顶板下表面设置有吊环，吊环与弹簧一端连接，弹簧另一端连接有振子，弹簧和振子位于透明空心管内，振子底端的牵引线穿过振动台顶板后沿振动台侧壁伸出，透明围板侧壁设置有移动传感器组件，且移动传感器组件的检测头穿过透明围板侧壁上的长条孔与振子底端对应。
6.所述移动传感器组件包括螺纹杆、基板、移动块及光电传感器，所述基板为两块，其中一块安装于振动台上表面处且紧贴透明围板侧壁设置，另一个基板安装于透明围板侧壁顶部，两者基板之间转动安装有螺纹杆，螺纹杆伸出位于顶部的基板末端设置有旋转帽，螺纹杆上螺纹连接有移动块，移动块的通孔内安装有光电传感器，且光电传感器的探头穿过透明围板的长条孔延伸至透明围板内腔。
7.所述振动台包括振动台基体，振动台基体的顶板下表面对称设置有直角滑轮架，且在直角滑轮架的水平部分安装有定滑轮，振动台基体的侧壁上内嵌安装有单片机，单片机的输入端与光电传感器的输出端连接。
8.本实用新型的有益效果：
9.本实用新型提供了一种精准、稳定的弹簧劲度系数测量装置，通过空心圆柱体使弹簧的微小摆动被约束，保证了弹簧振动过程中的方向性，通过振子下方相连的线与装置内部的定滑轮，保证弹簧初始振动的方向性，由数据结果可知，测量的相对误差在6％左右，标准差为在0.268。该测量装置测量数据稳定且可靠。
附图说明
10.图1本实用新型稳定的弹簧劲度系数测量仪器示意图；
11.图2本实用新型稳定的弹簧劲度系数测量仪器的振动台剖视图；
12.1-螺纹杆，2-弹簧，3-透明空心管，4-光电传感器，5-移动块，6-振子，7-牵引线，8-单片机，9-吊环，10-基板，11-长条孔，12-滑轮架，13-定滑轮，14-挡条，15-透明围板。
具体实施方式
13.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
14.如图1和图2所示，一种稳定的弹簧劲度系数测量仪器，包括振动台、弹簧2、振子6、光电传感器4、单片机8、透明围板、透明空心管3及螺纹杆1，所述振动台包括振动台基体，振动台基体的顶板下表面对称设置有直角滑轮架12，且在直角滑轮架12的水平部分安装有定滑轮13，振动台基体的侧壁上内嵌安装有单片机8，单片机8的输入端与外接键盘连接，振动台顶部设置有透明围板和透明空心管3，且透明空心管3位于透明罩体内，透明围板顶部通过螺栓连接有顶板，顶板下表面固定安装有吊环9，吊环9与弹簧2一端连接，弹簧2 另一端连接有振子6，弹簧2和振子6均位于透明空心管3内，振子6底端的牵引线7沿竖向穿过滑轮架12后，沿着水平向穿过滑轮后沿振动台侧壁伸出，滑轮架12的水平部分设置有挡条14，用于防止牵引线7与定滑轮13脱离开，牵引线7穿出透明围板侧壁部分末端连接有圆环，圆环的设置防止牵引线7进入振动台基体内腔，透明围板侧壁设置有移动传感器组件，且移动传感器组件的检测头穿过透明围板侧壁上的长条孔11与振子6底端对应；所述移动传感器组件包括螺纹杆1、基板10、移动块5及光电传感器4，所述基板10为两块，其中一块安装于振动台上表面处且紧贴透明围板侧壁设置，另一个基板10安装于透明围板侧壁顶部，两者基板10之间转动安装有螺纹杆1，螺纹杆1伸出位于顶部的基板10末端设置有旋转帽，螺纹杆1上螺纹连接有移动块5，通过转动旋转帽带动螺纹杆1转动，进而带动移动块5沿着螺纹杆1上下移动，适应不同高度的振子6，移动块5的通孔内安装有光电传感器4，且光电传感器4的探头穿过透明围板的长条孔11延伸至透明围板内腔，光电传感器4 的输出端与单片机8的输入端连接，振动台基体内腔底板上表面安装有蓄电池，用于给单片机8和光电传感器4供电，透明围板15的侧壁上粘贴有刻度尺，且刻度尺与螺纹杆1在透明围板15的同一侧壁上；单片机8为51单片机开发板stc89c52；光电传感器4为红外线感应光电开关e3f-ds30c4接近漫反射式传感器。
15.一种稳定的弹簧劲度系数测量仪器的测量方法，包括以下步骤：
16.步骤1：待测弹簧2质量m与振子6质量m利用电子天平测量，精度达到10-2
g，振子6 选用砝码，方便悬挂；利用光电传感器4结合单片机8来对弹簧2和振子6简谐运动周期进行测量，考虑到弹簧2和振子6做简谐运动时的范围未知，为了装置适用性更强，将光电传感器4固定于移动块5上，当光电传感器4发射的光束两次照射到振子6下端面时，即为1 个周期t，通过光电传感器4信号监测变化求出周期t，并将周期t数值反馈给单片机8，用于弹簧2劲度系数计算，最终周期取六次周期测量的均值；
17.步骤2：利用与单片机8连接的外接键盘输入通过步骤1测得的振子6质量m与待测弹簧2质量m，在单片机8内运行劲度系数公式：
[0018][0019]
运算后，将周期t数值及弹簧2劲度系数k数值显示在单片机8的液晶显示屏上，测量结束。
[0020]
考虑到弹簧2在振动过程中会出现左右摇晃的情况，给光电传感器4采集信号造成一定困难以及误差，为此给弹簧2加上一定的约束，本实用新型采用透明空心管3作为弹簧2运动过程中摆动的约束。
[0021]
在测量时，由于弹簧2需要受到一个初始的力才可以振动，通过拉拽牵引线7，并设置定滑轮13，保证弹簧2受的力是完全向下的一个力，保证了弹簧2初始振动的方向性。
[0022]
本实用新型提供了一种精准、稳定的弹簧2劲度系数测量装置，通过空心圆柱体使弹簧2 的微小摆动被约束，保证了弹簧2振动过程中的方向性，通过振子6下方相连的线与装置内部的定滑轮13，保证弹簧2初始振动的方向性，由数据结果可知，测量的相对误差在6％左右，标准差为在0.268。该测量装置测量数据稳定且可靠。
[0023]
实施例中的方案并非用以限制本实用新型的专利保护范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。


技术特征：
1.一种稳定的弹簧劲度系数测量仪器，其特征在于，包括振动台、弹簧、振子、光电传感器、单片机、透明围板、透明空心管及螺纹杆，所述振动台顶部设置有透明围板和透明空心管，且透明空心管位于透明罩体内，透明围板顶部可拆卸连接有顶板，顶板下表面设置有吊环，吊环与弹簧一端连接，弹簧另一端连接有振子，弹簧和振子位于透明空心管内，振子底端的牵引线穿过振动台顶板后沿振动台侧壁伸出，透明围板侧壁设置有移动传感器组件，且移动传感器组件的检测头穿过透明围板侧壁上的长条孔与振子底端对应。2.根据权利要求1所述的一种稳定的弹簧劲度系数测量仪器，其特征在于：所述移动传感器组件包括螺纹杆、基板、移动块及光电传感器，所述基板为两块，其中一块安装于振动台上表面处且紧贴透明围板侧壁设置，另一个基板安装于透明围板侧壁顶部，两者基板之间转动安装有螺纹杆，螺纹杆伸出位于顶部的基板末端设置有旋转帽，螺纹杆上螺纹连接有移动块，移动块的通孔内安装有光电传感器，且光电传感器的探头穿过透明围板的长条孔延伸至透明围板内腔。3.根据权利要求1所述的一种稳定的弹簧劲度系数测量仪器，其特征在于：所述振动台包括振动台基体，振动台基体的顶板下表面对称设置有直角滑轮架，且在直角滑轮架的水平部分安装有定滑轮，振动台基体的侧壁上内嵌安装有单片机，单片机的输入端与光电传感器的输出端连接。

技术总结
一种稳定的弹簧劲度系数测量仪器，包括振动台，振动台顶部设置有透明围板和透明空心管，且透明空心管位于透明罩体内，透明围板顶部可拆卸连接有顶板，顶板下表面设置有吊环，吊环与弹簧一端连接，弹簧另一端连接有振子，弹簧和振子位于透明空心管内，振子底端的牵引线穿过振动台顶板后沿振动台侧壁伸出，透明围板侧壁设置有移动传感器组件，且移动传感器组件的检测头穿过透明围板侧壁上的长条孔与振子底端对应。通过空心圆柱体使弹簧的微小摆动被约束，保证了弹簧振动过程中的方向性，通过振子下方相连的线与装置内部的定滑轮，保证弹簧初始振动的方向性，由数据结果可知，测量的相对误差在6％左右，标准差为在0.268。该测量装置测量数据稳定且可靠。装置测量数据稳定且可靠。装置测量数据稳定且可靠。


技术研发人员：徐石 栾孝驰 孙丽媛 沙云东 李国新 朱德安 王卓越 束浩诚 唐雨泽 李彦徵 李寒琼
受保护的技术使用者：沈阳航空航天大学
技术研发日：2021.12.27
技术公布日：2022/5/17