[发明专利]一种傅里叶变换演示装置

摘要

本发明创造公开了一种傅里叶变换演示装置，包括卷纸组件、滑轨组件、转动机构组件、固定支架、转动组件支架、卷纸驱动组件以及微控制器模块；安装在转动组件上的转动机构组件，在电机的驱动下，各转动构件的末端可实现相对回转中心为对应阶数的正弦函数运动轨迹，转动机构末端的销轴在滑轨槽内相对滑动，带动滑轨沿竖直方向运动，将转动机构运动规律映射到滑轨的竖直运动上。滑轨一端装有绘图笔，当卷纸驱动组件带动卷纸匀速向右运动时，绘图笔在卷纸绘制出以时间为横坐标，正弦函数组合叠加数值为纵坐标的二维图形。该傅里叶变换演示装置使抽象难以理解的傅里叶变换问题，通过直观的机构运动呈现出来，让抽象的理论变得直观易懂。

主权项

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。