[发明专利]对数函数演示及图像绘制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种教学仪器和工程制图仪，是把非线性运动转化为正交合成运动的装置，具体地说是一种能直观演示对数函数关系并绘制出相应图像的对数函数演示及图像绘制装置。

背景技术

随着我国中高等教育事业的发展和技术进步，教师教学、学生学习、工程设计、现场施工等都需要快捷方便多功能的绘图仪器。对数函数是常用的函数之一，在中等数学、大学数学及信息论中占有重要的地位。通过直观演示函数关系并描绘出相应的图像，既能减轻教师的教学压力也能帮助学生理解和领会，是提高对数函数教学质量的重要手段。工程技术人员在进行产品设计、图纸绘制，施工人员在板材或面料画线裁剪或在固定平面上绘制图案时，经常用到对数函数曲线，急需一种操作简单使用方便的演示和绘图仪器。目前主要采用手工列表描点、计算机软件赋值打印等方法画图，取点繁琐计算结果主要为近似值，定点间的连线多用折线或离散点代替，看不到真实曲线形成的全貌，绘画效率低且联动性和通用性差。

为了解决上述问题，近阶段极少有直接谈及对数函数关系演示及自动连续绘制图像的成果，只有少数与指数函数有联系的装置，如，专利号为201220500792的文献中给出了“指数函数旋转体体积定积分演示仪”，主要是把指数函数在一个固定区间内绕坐标系的横轴旋转半周形成容器,利用容器内液体的体积来反映旋转体体积或定积分的几何意义；专利号为201320648009的文献中给出了“一种函数图像演示装置”，实现方式是：利用有源晶振逻辑控制模块、驱动模块等电子信息技术材料，只能在点阵液晶显示模块上观看对数函数图像的视频资料，无直接函数关系及曲线描绘功能；专利号为201410577646的文献中给出了“一种凸轮轮廓曲线绘制演示仪”，只能绘制凸轮闭曲线图形，难以完成一致单调的对数函数图像绘制。

综上所述文献存在如下不足：不能通过简单的机械构件直观演示对数函数的直角对应关系，不能通过简单操作亲手绘制出对数函数图像，尤其是不利于学生个人用于学习，也不易在固定平面或工作现场绘制曲线，功能不足适用性低。

发明内容

为了克服手工画图做不到或现有仪器中缺少的功能，本发明的目的是提供一种对数函数演示及图像绘制装置，该装置能在教室、绘图室、施工现场、学生自习场所使用，且绘图效率高、图像清晰准确、操作简单、携带方便、功能齐全。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种对数函数演示及图像绘制装置，其特征在于：该装置包括支架、滚轮导向板、旋转导杆、绘图机构、连接系统、画板；所述支架包括下地脚，在两个下地脚上分别设有左立杆、右立杆，左立杆和右立杆通过下横杆、中横杆、上横杆垂直固连，在下横杆上固定一根主槽杆，主槽杆中嵌有带锁主滑块，在左立杆上有下轴孔、上轴孔，在下横杆、中横杆、上横杆的后面均设有后地脚，每个后地脚上设有地脚吸盘；滚轮导向板固定在左立杆和下横杆上，旋转导杆的转轴固定在左立杆的下轴孔内，绘图机构固定在支架右立杆、中横杆和上横杆上，在绘图机构的后面装有画板，绘图机构、旋转导杆、滚轮导向板之间通过由线绳和滑轮组成的连接系统连接。

本发明中，滚轮导向板由矩形硬板、圆柱滚轮、固定卡构成，矩形硬板具有一定厚度，在其上有穿透的定位孔，过定位孔有一条镂空的轨线，在轨线的内侧凹形壁面上开有一条槽沟，圆柱滚轮嵌在镂空轨线内，在矩形硬板的两边设有多个固定卡。镂空轨线的边线方程是y＝f(t),其中，直角坐标系原点在定位孔，坐标轴与导向板边平行，曲线y＝f(t)满足初始条件为y(0)＝0，y′(0)＝tanb的微分方程t²(y²lna-1)y′²+2tyy′+y²(t²lna-1)＝0，(a＞0,且≠1)。

其中，y′分别表示一阶导数，y′²表示一阶导数的2次方。

本发明中，旋转导杆由内槽杆、上滑块、钉轴、红指示灯、下滑块、销钉轴、兰指示灯、轴承、带卡转轴构成，内槽连杆是一根有内槽的直长杆，在内槽中嵌有上滑块和下滑块，上滑块上有销钉穿过，销钉的前端设有红指示灯；下滑块上有销钉轴穿过，销钉轴的前端设有兰指示灯；在内槽杆中下部固定一只轴承，轴承中设有带卡转轴；上滑块上的销钉与支架上主槽杆中的带锁主滑块垂直相连；下滑块上的销钉轴与滚轮导向板上的圆柱滚轮的轴相连，在内槽杆的两端各有一只垂直的手摇柄。