[实用新型]一种激光打点计时器

说明书

技术领域

本实用新型属于物理实验计时器领域，特别是涉及到一种运用激光控制的打点计时器。

背景技术

打点计时器是一种测量时间的工具。如果运动物体带动的纸带通过打点计时器，在纸带上打下的点就记录了物体运动的时间，纸带上的点也相应的表示出了运动物体在不同时刻的位置。研究纸带上各点的间隔，就可分析物体的运动状况。现在的物理实验中常用的计时器有电磁打点计时器和电火花打点计时器。

电磁打点计时器是一种使用交流电源（学生电源）的计时仪器，其工作电压小于6V，一般是4～6V，电源的频率是50Hz，它每隔0.02s打一次点，即一秒打50个点。其原理是：当给电磁打点计时器的线圈通电后，线圈产生磁场，线圈中的振片被磁化，振片在永久磁铁磁场的作用下向上或向下运动，由于交流电的方向每个周期要变化两次，因此振片也发生变化，永久磁铁对它的作用力的方向也要变化，这就意味着每两个点间的时间间隔等于交流电的周期。

电火花打点计时器是利用火花放电使墨粉在纸带上打出墨点而显出点迹的一种计时仪器。其原理是：电火花打点计时器接220V电源，按下脉冲输出开关，计时器发出脉冲电流，接正极的放电针和墨粉纸盘与接负极的纸盘轴之间，产生火花放电，并在纸带上打出一系列的点，交流电每个周期放电一次，因此电火花打点计时器打出的点间隔等于交流电的周期。利用具有特定几何形状的放电电极（EDM电极）在金属（导电）部件上烧灼出电极的几何形状。电火花计时器的电极即为圆点状。电火花是一种自激放电，火花放电的两个电极间在放电前具较高的电压，当两电极接近时，其间介质被击穿后，随即发生火花放电。伴随击穿过程，两电极间的电阻急剧变小，两极之间的电压也随之急剧变低。火花通道必须在维持暂短的时间（通常为10^-7～10^-3s）后及时熄灭，才可保持火花放电的“冷极”特性（即通道能量转换的热能来不及传至电极纵深），使通道能量作用于极小范围。然而，通道能量的作用，可使电极局部被腐蚀。

这两种计时器的共同点是在纸带上记录运动物体的“时—空”分布信息，计时基准都是取自家用电的周期，在我国每两个点之间的时间间隔为0.02s，因而有相同的数据采集方法与数据整理分析方法，并可与斜面小车、轨道小车等配套使用。

与此同时，这两种计时器在实际实验操作的过程中，也存在着明显的缺陷。电磁打点计时器工作时，由市电经线圈引起磁场的周期变化，策动弹片带动打点针，在运动体拖动的纸带上，以50Hz频率打点。电磁打点计时器的打点针对运动中的纸带产生冲击和摩擦，干扰了纸带的运动，这在自由落体实验中的缺陷尤为显著。电火花打点计时器利用高压脉冲火花放电，放电针与纸带没有接触，因而不会干扰纸带运动。

关于电磁打点计时器的计时周期会受到纸带运动的干扰，可以通过以下实验进行分析。以振子向下打点经过的平衡位置为0相位，这样在纸带上打点时的相位将在附近的一点上，只要打点能保持在同一相位上，打点的20ms周期的等时性就能保证。当纸带静止时，若电磁打点计时器调节适当，打点的等时性能够得到保证，但是当纸带运动时，受到打点针冲击作用的纸带对振子也产生反作用，从而影响到打点时的相位并产生显著漂移，结果破坏了打点的等时性。使用电磁打点计时器时，对打点相位的调节，常常是一般师生难以掌握的技术难点；对已调好的计时器，在使用中随环境因素的改变，即使耗费大量时间与精力调节，也常常难以调好，从而降低了工作的可靠性，降低了实验的置信度和课时利用率。使用电火花计时器时由于不需要上述调节，一般学生在2-5分钟内便能采集到实验数据，从而可以使学生的精力集中到控制实验现象产生的条件，以及研究分析运动规律上去。另外，电磁打点计时器在使用中是没有安全问题的，而电火花打点计时器长期不能在教学中使用的关键之一就是安全问题。早期的电火花打点计时器，其记录灵敏度低下，依赖于电火花在白纸上烧孔，其电压大于6kV，电流达80mA，对人是有生命危险的。后来用热敏纸，电压也大于6kV，电流为5至20mA，也是极不安全的。同时热敏纸的使用使实验成本提高，转印过程中由于纸带快速运动过程，导致上下对位不齐降低实验精度甚至使实验失败，而对电火花打点计时器而言，纸带运动速度不同会造成纸带上点大小的细微差别，影响测量和分析。此两种打点计时器点频率均为50Hz频率不可调整，对于描述较快运动状态时点间距过大，纸带浪费严重，描述缓慢运动状态时点间距过小无法准确测量。

综上所述，本技术领域亟需要一种新的技术方案来解决这个问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：本实用新型提供了一种操作安全方便、可靠性高、记录精准并且频率可调的打点计时器。