[发明专利]一种傅里叶变换演示装置

权利要求书

1.一种傅里叶变换演示装置，其特征在于：包括卷纸组件(1)、滑轨组件(2)、转动机构组件(3)、固定支架(4)、转动组件支架(5)、卷纸驱动组件(6)以及微控制器模块；

卷纸组件(1)包括卷纸滚筒(11)、两个卷纸支架(12)以及卷纸转轴(13)；卷纸转轴(13)的两端分别旋转式安装在两个卷纸支架(12)上，卷纸滚筒(11)固定安装在卷纸转轴(13)上；两个卷纸支架(12)固定安装在固定支架(4)的左端上；

滑轨组件(2)包括左侧导轨架(21)、左侧轴承(22)、滑轨(23)、右侧导轨架(24)、右侧轴承(25)以及绘图笔(26)；左侧导轨架(21)和右侧导轨架(24)分别安装在固定支架(4)的左右两端上，且左侧导轨架(21)和右侧导轨架(24)相互平行；在左侧导轨架(21)和右侧导轨架(24)的下方设有纸张通过缝隙；左侧轴承(22)和右侧轴承(25)分别固定安装在滑轨(23)的左右两端上；左侧轴承(22)滑动式嵌入左侧导轨架(21)内；右侧轴承(25)滑动式嵌入右侧导轨架(24)内；绘图笔(26)固定安装在滑轨(23)上，并在滑轨(23)上沿其长度方向设有导向滑槽；滑轨(23)与左侧导轨架(21)相垂直；

转动组件支架(5)安装在固定支架(4)的中部；

转动机构组件(3)包括转动支座(30)、一阶摆臂(31)、三阶摆臂(32)、五阶摆臂(33)、七阶摆臂(35)、七阶摆臂电机(34)、销轴(36)、五阶摆臂电机(37)、三阶摆臂电机(38)、一阶摆臂电机(39)、一阶摆臂角度传感器(101)、三阶摆臂角度传感器(102)、五阶摆臂角度传感器(103)以及七阶摆臂角度传感器(104)；转动支座(30)悬挂安装在转动组件支架(5)上，一阶摆臂电机(39)固定安装在转动支座(30)上；一阶摆臂(31)的一端固定安装在一阶摆臂电机(39)的驱动轴上，驱动一阶摆臂(31)水平摆动；三阶摆臂电机(38)固定安装在三阶摆臂(32)的一端上，且三阶摆臂电机(38)的驱动轴固定安装在一阶摆臂(31)的另一端上，驱动三阶摆臂(32)水平摆动；五阶摆臂电机(37)固定安装在五阶摆臂(33)的一端上，且五阶摆臂电机(37)的驱动轴固定安装在三阶摆臂(32)的另一端上，驱动五阶摆臂(33)水平摆动；七阶摆臂电机(34)固定安装在七阶摆臂(35)的一端上，且七阶摆臂电机(34)的驱动轴固定安装在五阶摆臂(33)的另一端上，驱动七阶摆臂电机(34)水平摆动；销轴(36)竖向插装在七阶摆臂(35)的另一端上，且销轴(36)的下端嵌于导向滑槽内；一阶摆臂角度传感器(101)固定安装在一阶摆臂(31)上；三阶摆臂角度传感器(102)固定安装在三阶摆臂(32)上；五阶摆臂角度传感器(103)固定安装在五阶摆臂(33)上；七阶摆臂角度传感器(104)固定安装在七阶摆臂(35)上；

卷纸驱动组件(6)包括两个转纸轴支架(61)、下轧辊(62)、上轧辊(63)以及转纸轴电机(64)；两个转纸轴支架(61)固定安装在固定支架(4)的右端上；下轧辊(62)和上轧辊(63)旋转式安装在两个转纸轴支架(61)之间，且下轧辊(62)与上轧辊(63)平行贴紧；转纸轴电机(64)固定安装在一个转纸轴支架(61)上，且转纸轴电机(64)的驱动轴驱动上轧辊(63)旋转；

微控制器模块包括MCU单元(100)、一阶摆臂电机驱动单元(108)、三阶摆臂电机驱动单元(109)、五阶摆臂电机驱动单元(110)、七阶摆臂电机驱动单元(111)以及转纸轴电机驱动单元(112)；MCU单元(100)的角度信号输入端分别与一阶摆臂角度传感器(101)、三阶摆臂角度传感器(102)、五阶摆臂角度传感器(103)以及七阶摆臂角度传感器(104)电连接；MCU单元(100)的驱动信号输出端分别与一阶摆臂电机驱动单元(108)、三阶摆臂电机驱动单元(109)、五阶摆臂电机驱动单元(110)、七阶摆臂电机驱动单元(111)以及转纸轴电机驱动单元(112)电连接，用于分别驱动一阶摆臂电机(39)、三阶摆臂电机(38)、五阶摆臂电机(37)、七阶摆臂电机(34)以及转纸轴电机(64)旋转。

2.根据权利要求1所述的傅里叶变换演示装置，其特征在于：还包括与MCU单元(100)相连的键盘(105)、LCD显示屏(106)以及声光报警器(107)。

3.根据权利要求1所述的傅里叶变换演示装置，其特征在于：一阶摆臂(31)的回转半径为三阶摆臂电机(38)驱动轴轴心与一阶摆臂电机(39)驱动轴轴心的距离，记为：

l1≈k4π]]>

设定一阶摆臂电机(39)驱动轴的旋转角速度为ω，则一阶摆臂(31)的末端轨迹构成正弦函数为：

f(t)=f1(t)=l1sinωt=k4πsinωt]]>

三阶摆臂(32)的回转半径为三阶摆臂电机(38)驱动轴轴心与五阶摆臂电机(37)驱动轴轴心的距离，记为：

l3≈k43π]]>

设定三阶摆臂电机(38)驱动轴的旋转角速度为3ω，则三阶摆臂(32)的末端轨迹构成正弦函数为：

f(t)=f1(t)+f3(t)=k(4πsinωt+43πsin3ωt)]]>

五阶摆臂(33)的回转半径为五阶摆臂电机(37)驱动轴轴心与七阶摆臂电机(34)驱动轴轴心的距离，记为：

l5≈k45π]]>

设定五阶摆臂电机(37)驱动轴的旋转角速度为5ω，则五阶摆臂(33)的末端轨迹构成正弦函数为：

f(t)=f1(t)+f3(t)+f5(t)=k(4πsinωt+43πsin3ωt+45πsin5ωt)]]>

七阶摆臂(35)的回转半径为七阶摆臂电机(34)驱动轴轴心与销轴(36)轴心的距离，记为：

l7≈k47π]]>

设定七阶摆臂电机(34)驱动轴的旋转角速度为7ω，则七阶摆臂(35)末端的销轴(36)轴心轨迹构成正弦函数为：

f(t)=f1(t)+f3(t)+f5(t)+f7(t)=k(4πsinωt+43πsin3ωt+45πsin5ωt+47πsin7ωt)]]>

该正弦函数的数值为一阶正弦波、三阶正弦波、五阶正弦波以及七阶正弦波的线性叠加，生成的波形形成方波。