專利名稱：一種氣泡式二維加速度測量器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種能夠測量加速度的儀器，更特別地說，是指一種利用球形器皿內(nèi) 的液體氣泡在運動中的變化來測得物體在二維平面運動條件下的加速度。
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加速度是反映物體運動的速度變化大小和速度變化方向的一個基本物理量。
加速度測量器的基本力學(xué)模型是一個質(zhì)量一彈簧一阻尼系統(tǒng)，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3所 示，根據(jù)牛頓第二定律對圖3所示的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)關(guān)系表征為 M.v(,— M^^ + 6竿+ A:"(0的二階微分方程，M表示敏感質(zhì)量(單位為&) ， v(/)
表示隨時間^變化的加速度(單位為w/ ) ， x(0表示敏感質(zhì)量塊隨時間/變化的相對売 體的位移(單位為m)，,表示時間，^表示微分算子，6表示阻尼系數(shù)，A表示彈性剛度 系數(shù)。由該二階微分方程可知，如果將加速 度計的殼體固定在載體上，只要能把敏感質(zhì)量 塊在敏感軸方向相對殼體的位移x(O測出來，便可以把x(f)作為加速度v(O的間接度量。作 為質(zhì)量一彈簧一阻尼系統(tǒng)，彈黌作用在敏感質(zhì)量塊上的力記為^， M-^;c(/);阻尼器作 用在敏感質(zhì)量塊上的力記為W， iV2=6，；作用在敏感質(zhì)量塊上的慣性力記為iV3，
欲
AT = ;敏感質(zhì)量塊感受到的加速度的慣性力記為乂 ， iV。 = 。
發(fā)明 內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種氣泡式二維加速度測量器，該測量器是利用測量球形器 皿內(nèi)液體氣泡在運動中受重力F和反作用力X而形成的合力//的作用下，使液體氣泡的位 置在變速運動中產(chǎn)生的位移，而測量水平平面二維變速運動的加速度。
本實用新型是一種氣泡式二維加速度測量器，該測量器由球形玻璃器(1)、基座(2)、 皮塞(3)和液體(4)構(gòu)成；
球形玻璃器(1)從瓶口 (11)至瓶頂U(kuò)5)分別設(shè)有頸部(12)、收斂段(13)和 近圓形體(14)，在近圓形體(14)上的第二輔助線的売體外部設(shè)有刻度線；基座(2)的中心位置處設(shè)有一通孔(22),該通孔(22)用于球形玻璃器(1)的瓶 口 (11)穿過，且使球形玻璃器(1)的收斂段(13)平穩(wěn)安裝在基座(2)上；基座(2) 的四周設(shè)有四個安裝孔(21);
球形玻璃器(1)倒置安裝在基座(2)的通孔(22)內(nèi)，皮塞(3)安裝在球形玻璃 器(1)的瓶口 (11),球形玻璃器(1)內(nèi)裝有液體(4)，液體(4)在球形玻璃器(1) 內(nèi)形成一液體氣泡(41),液體氣泡41的直徑為5附m土2m附。
本實用新型的一種氣泡式二維加速度測量器具有如下特點
(1) 結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低廉，性價比高；只需一個球形容器，并在容器中裝有液體。
(2) 測量手段操作方便，通過讀取加速度角對應(yīng)在殼體上的刻度線，便較為直觀的得到 被測物在變速運動時的加速度。
(3) 本實用新型測量器能夠測得二維運動條件下的加速度。
(4) 本實用新型測量器采用無能源設(shè)計。
(5) 加速度測量范圍為0 1.5g，測量精度為0.02g 0.07g。

圖1是本實用新型氣泡式二維加速度測量器的結(jié)構(gòu)圖。 圖1A是本實用新型氣泡式二維加速度測量器的分解圖。 圖2是本實用新型氣泡式二維加速度測量器的測加速度的解析圖。 圖3是現(xiàn)有加速度測量器的基本力學(xué)模型簡示圖。
具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本實用新型做進(jìn)行詳細(xì)說明。
參見圖1、圖1A所示，本實用新型的一種氣泡式二維加速度測量器，由球形玻璃器1、 基座2、皮塞3和液體4構(gòu)成，球形玻璃器1倒置安裝在基座2上，皮塞3安裝在球形玻 璃器1的瓶口 11，球形玻璃器1內(nèi)裝有液體4，液體4在球形玻璃器1內(nèi)形成一液體氣 泡41,液體氣泡41的直徑為5 mm ±2 mm 。
球形玻璃器1內(nèi)裝有的液體4可以是水或者去離子水等。該液體4也可以通過添加顏 料使其變?yōu)閹в猩实囊后w，以方便使用者觀察加速度的運動。
基座2的中心位置處設(shè)有一通孔22，該通孔22用于球形玻璃器1的瓶口 11穿過， 且使球形玻璃器1的頸部12平穩(wěn)安裝在基座2上?；?的四周設(shè)有四個安裝孔21, 該安裝孔21用于將基座2與一運動平臺實現(xiàn)連接，從而測得該運動平臺在二維水平平面 運動條件下的加速度。基座2的構(gòu)形可以為圓形、方形、橢圓形或者異型，只要保證基座 2的構(gòu)形與運動平臺連接即可。球形玻璃器1從瓶口 11至瓶頂15分別設(shè)有頸部12、收斂段13和近圓形體14,在
近圓形體14上設(shè)有第一輔助線和第二輔助線，在第二輔助線以上的殼體外部設(shè)有刻度線,
該刻度線的單位為毫米。為了方便使用者更加清楚的觀察到水平變速運動中的加速度，相
鄰兩條刻度線的部隔長度為1厘米。在何處刻下刻度線，本發(fā)明人采用了第二輔助線至瓶 頂15的距離記為^ (。=%及，及是近圓形體14的半徑)，以距離作為標(biāo)記。在何處對
球形玻璃器1進(jìn)行收斂來保證液體的重量重心與圓心重合，本發(fā)明人采用了第一輔助線至 圓心0的距離記為"2 "2=%及，及是近圓形體14的半徑)，以距離作為標(biāo)記。參見圖2
所示，在本實用新型設(shè)計的球形玻璃器l中，過收斂段13的第一起點5、第一終點S'、 第二終點C'和第二起點C的連線為一弧線(圖中虛線)，該弧線與近圓形體14的邊線連 在一起時，使得近圓形體14形成一個圓形。
利用圖1中的裝置測量、顯示物體運動加速度的原理如圖2所示，裝有液體4的球 形玻璃器皿1的重心與球形玻璃器皿1的圓心O重合。當(dāng)球形玻璃器皿1處于靜止、或勻 速直線運動狀態(tài)時，液體只受重力F (F = MG， M表示液體的質(zhì)量，G表示重力加速度) 作用，且液體氣泡41位于瓶頂15;當(dāng)球形玻璃器皿1處于變速運動狀態(tài)時，液體4除受 到重力^作用外，還要受與加速度方向相反的反作用力^ v'與v是大小相 同方向相反的加速度)作用。
當(dāng)本實用新型的氣泡式二維加速度測量器在水平變速運動條件下向左方向運動時，以 圓心O為頂點，重力的加速度方向向下y (簡稱重力方向)，液體的加速度方向向右x (簡
稱加速度方向)，沿重力方向>■的重力F與沿加速度方向x的反作用力^的合力記為i/ , 合力H與重力F的夾角記為/ ，即加速度角- = ^難(%)。該加速度角^-w"g(^0對
應(yīng)的弧線長表示了合力//與重力F的關(guān)系，該合力i/與重力F的關(guān)系也是液體氣泡41的 位移，該位移即為加速度角- = "^^(^)對應(yīng)的弧線長。
在本實用新型中，氣泡偏離的方向反映了球形玻璃器皿1運動的加速度的方向，氣泡 偏離的加速度角反應(yīng)了加速度的大小。
本實用新型的氣泡式二維加速度測量器，釆用簡單的器件構(gòu)成了一個加速度的測量， 為變速運動中的物體提供了一個測量手段。同時本實用新型設(shè)計的測量器可以作為科普器 具應(yīng)用到怎樣測量加速度的教學(xué)中。
權(quán)利要求1、一種氣泡式二維加速度測量器，其特征在于該測量器由球形玻璃器(1)、基座(2)、皮塞(3)和液體(4)構(gòu)成；球形玻璃器(1)從瓶口(11)至瓶頂(15)分別設(shè)有頸部(12)、收斂段(13)和近圓形體(14)，在近圓形體(14)的第二輔助線的殼體外部設(shè)有刻度線；基座(2)的中心位置處設(shè)有一通孔(22)，該通孔(22)用于球形玻璃器(1)的瓶口(11)穿過，且使球形玻璃器(1)的收斂段(13)平穩(wěn)安裝在基座(2)上；基座(2)的四周設(shè)有四個安裝孔(21)；球形玻璃器(1)倒置安裝在基座(2)的通孔(22)內(nèi)，皮塞(3)安裝在球形玻璃器(1)的瓶口(11)，球形玻璃器(1)內(nèi)裝有液體(4)，液體(4)在球形玻璃器(1)內(nèi)形成一液體氣泡(41)，液體氣泡41的直徑為5mm±2mm。
2、 l艮據(jù)權(quán)利要求1所述的氣泡式二維加速度測量器，其特征在于液體(4) 是水或者去離子水。
3、 根據(jù)禾又利要求1所述的氣泡式二維加速度測量器，其特征在于刻度線以毫 米為單位。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣泡式二維加速度測量器，其特征在于該測量器在 變速運動中，合力/Z與重力F的關(guān)系即為液體氣泡(41)的位移，該位移即為加速 度角- = "Wg(^)對應(yīng)的弧線長。
專利摘要本實用新型公開了一種氣泡式二維加速度測量器，該測量器由球形玻璃器、基座、皮塞和液體構(gòu)成，球形玻璃器倒置安裝在基座上，皮塞安裝在球形玻璃器的瓶口，球形玻璃器內(nèi)裝有液體，液體在球形玻璃器內(nèi)形成一液體氣泡。該測量器在變速運動中，合力H與重力F的關(guān)系即為液體氣泡的位移，該位移即為加速度角β＝arctg(A/F)對應(yīng)的弧線長度。本實用新型測量器采用無能源設(shè)計，且加速度測量范圍為0～1.5g，測量精度為0.02g～0.07g。
文檔編號G01P15/18GK201417281SQ20092010863
公開日2010年3月3日 申請日期2009年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月27日
發(fā)明者周思宇 申請人:周思宇