一种微积分数学演示装置的制作方法

本发明属于教学器材领域，具体涉及一种微积分数学演示装置。

背景技术：

微积分(calculus)是高等数学中研究函数的微分(differentiation)、积分(integration)以及有关概念和应用的数学分支。微分描述物体运动的局部性质，积分描述物体运动的整体性质。微积分的内容包括极限、微分学、积分学及其应用，是一门研究变化、运动的学科。微积分由于是研究变化规律的方法，因此只要与变化、运动有关的研究都要与微积分有关，都需要运用微积分的基本原理和方法，从这个意义上说，微积分的创立对人类社会的进步和人类物质文明的发展都有极大的推动作用。现在，在一些金融、经济等社会科学领域，也经常运用微积分的原理，来研究整个社会、整个经济的宏观和微观变化。此外，微积分还广泛的运用于各种工程技术上面，从而直接的影响着人类的物质生活，例如：建筑行业、航空行业、核电工程的建设，火箭、飞船的发射等等，这些人类文明的重大活动都与微积分的运用有着密切的关系。微积分学科的创立不仅极大的推进了数学自身的发展，而且影响和推动了其它学科的发展，并进而对人类社会的生产时间产生影响。

因此，在高校教学中，微积分已经成为了一门必不可少的数学教学学科。但是，相比于其他学科，微积分是一门非常枯燥、乏味且具有一定难度的学科，学习起来比较抽象，直观上不易理解。为了使得学生能够轻松理解微积分原理、激发学生的积极性，通常借用一定的辅助工具、如微积分教学演示装置对教学内容进行演示。现有的演示装置一般包括教学板及互相垂直的设置在教学板上的横轴和纵轴，通过移动轴的位置来确定特殊点的，再将不同的点连接起来构成演示微积分结构的各种曲线，使得微积分学习更加灵活、有趣。

然而，现有的演示装置都是通过手动来对横轴和纵轴进行移动，在移动的过程中参考对应的刻度线。这种方式大大占用了教学时间，且具有一定的误差，精度不高，不具有重现性。

因此，本申请提出一种微积分数学演示装置。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种微积分数学演示装置。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种微积分数学演示装置，包括控制器、输入模块、支撑架和设置在所述支撑架顶部的演示模块；所述演示模块包括主框架和设置在所述主框架内的演示板、水平调节模块和垂直调节模块，所述控制器设置在所述主框架背部；

所述水平调节模块包括水平位置调节机构、第一位移传感器和水平导向杆，所述第一位移传感器设置在所述演示板左侧，所述水平位置调节机构设置在所述第一位移传感器的外侧；所述水平导向杆设置在所述演示板上方，一端与所述主框架滑动连接，另一端依次与所述第一位移传感器的位移检测块及水平位置调节机构固定连接；所述水平位置调节机构带动所述水平导向杆上下移动；

所述垂直调节模块包括垂直位置调节机构、第二位移传感器和垂直导向杆，所述第二位移传感器设置在所述演示板下侧，所述垂直位置调节机构设置在所述第二位移传感器的外侧，所述垂直导向杆设置在所述演示板上方，一端与所述主框架滑动连接，另一端依次与所述第二位移传感器的位移检测块及垂直位置调节机构固定连接；所述垂直位置调节机构带动所述垂直导向杆左右移动；

所述水平导向杆中间沿垂直方向开设有第一通槽，所述垂直导向杆穿过所述第一通槽，所述第一通槽两侧的水平导向杆外壁上沿水平方向还开设有与所述第一通槽连通的第二通槽，所述垂直导向杆上与所述水平导向杆交错处开设有与所述第二通槽连通的置笔通孔；

所述输入模块、第一位移传感器、第二位移传感器及所述垂直位置调节机构和水平位置调节机构的动力模块均与所述控制器电连接。

优选地，所述垂直位置调节机构和水平位置调节机构均包括丝杠电机、丝杠和滑块，所述主框架内部左下角设置有固定块，两个所述丝杠电机分别固定在所述主框架的顶部和侧壁，两个所述丝杠一端分别与一个所述丝杠电机传动连接，另一端分别与所述固定块的顶部和侧部传动连接，两个所述滑块分别与两个所述丝杠螺纹连接，所述水平导向杆另一端与一个所述滑块固定连接，所述垂直导向杆另一端与另一个所述滑块固定连接；两个所述丝杠电机均与所述控制器的信号输入端电连接。

优选地，所述第一位移传感器和第二位移传感器均为浮子式位移传感器，所述水平导向杆和垂直导向杆上均开设有套孔，所述第一位移传感器或第二位移传感器的浮子分别设置在所述水平导向杆或垂直导向杆的套孔内、并与所述水平导向杆或垂直导向杆固定连接。

优选地，所述支撑架包括第一液压升降装置、第二液压升降装置和两个立柱；每个所述立柱均包括支撑杆、第一电机和u型杆；所述第一电机固定在所述u型杆外侧壁上，所述第一电机的输出轴依次穿过所述u型杆的一侧壁和支撑杆的一端，并与u型杆的另一侧壁转动连接，与所述支撑杆固定连接；所述第一液压升降装置和第二液压升降装置分别设置在两个所述u型杆下端，两个所述支撑杆内侧均通过连杆与所述主框架两侧固定连接，所述第一电机与所述控制器的信号输入端电连接。

优选地，所述第一液压升降装置底部设置有可升缩滚轮，所述第二液压升降装置与对应的所述u型杆之间具有间隙，第二液压升降装置顶部内侧设置有第二电机，所述第二电机的输出轴穿过所述第二液压升降装置并与所述u型杆下端固定连接。

优选地，所述输入模块为设置在所述主框架底部或侧部。

优选地，所述演示板左侧边缘和下侧边缘均设置有刻度线。

优选地，所述演示板为电子触摸屏，所述电子触摸屏与所述控制器电连接。

本发明提供的微积分数学演示装置包括控制器、输入模块、支撑架和设置在支撑架顶部的演示模块；演示模块包括主框架和设置在主框架内的演示板、水平调节模块和垂直调节模块，控制器设置在主框架背部；通过水平调节模块和垂直调节模块能够定位标记点的位置，通过标记多个定位点便可协助微积分曲线的绘制，教师能够在教学讲解的过程中够形象的演示微积分曲线的绘制过程，使用时可根据需要将该装置调整到适合的高度和角度进行教学演示，精度高、具有可重现性，提高教师使用的舒适性，激发了学生学习的兴趣，提高了教学效率，保证了教学的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例及其设计方案，下面将对本实施例所需的附图作简单地介绍。下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1的微积分数学演示装置的结构示意图；

图2为图1的a部局部视图；

图3为图1的b部局部视图。

附图标记说明：

输入模块1、主框架2、水平调节模块3、垂直调节模块4、第一位移传感器5、水平导向杆6、第二位移传感器7、垂直导向杆8、置笔通孔9、丝杠电机10、丝杠11、滑块12、固定块13、浮子14、第一液压升降装置15、第二液压升降装置16、第一电机17、u型杆18、第二电机19、刻度线20、演示板21、支撑杆22、连杆23、可升缩滚轮24。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案并能予以实施，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定或限定，术语“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，在此不再详述。

实施例1

本发明提供了一种微积分数学演示装置，具体如图1至图3所示，包括控制器、输入模块1、支撑架和设置在支撑架顶部的演示模块；演示模块包括主框架2和设置在主框架2内的演示板21、水平调节模块3和垂直调节模块4，控制器设置在主框架2背部；演示板21用于绘制演示图形。

水平调节模块3包括水平位置调节机构、第一位移传感器5和水平导向杆6，第一位移传感器5设置在演示板21左侧，水平位置调节机构设置在第一位移传感器5的外侧；水平导向杆6设置在演示板21上方，一端与主框架2滑动连接，另一端依次与第一位移传感器5的位移检测块及水平位置调节机构固定连接；水平位置调节机构带动水平导向杆6上下移动；

垂直调节模块4包括垂直位置调节机构、第二位移传感器7和垂直导向杆8，第二位移传感器7设置在演示板21下侧，垂直位置调节机构设置在第二位移传感器7的外侧，垂直导向杆8设置在演示板21上方，一端与主框架2滑动连接，另一端依次与第二位移传感器7的位移检测块及垂直位置调节机构固定连接；垂直位置调节机构带动垂直导向杆8左右移动；

水平导向杆6中间沿垂直方向开设有第一通槽，垂直导向杆8穿过第一通槽，第一通槽两侧的水平导向杆6外壁上沿水平方向还开设有与第一通槽连通的第二通槽，垂直导向杆8上与水平导向杆6交错处开设有与第二通槽连通的置笔通孔9；通过水平导向杆6和垂直导向杆8的同步水平或垂直移动，可在交叉点处确定标记点的位置，通过寻找多个标记点便可协助演示图形的绘制。

输入模块1、第一位移传感器5、第二位移传感器7及垂直位置调节机构和水平位置调节机构的动力模块均与控制器电连接。通过输入模块1向控制输入标记点参数，并通过垂直位置调节机构和水平位置调节机构带动水平导向杆6和垂直导向杆8移动，移动过程中通过第一位移传感器5、第二位移传感器7采集移动的具体位置，当到达移动点位置时，垂直位置调节机构和水平位置调节机构停止运动，可将记号笔插入置笔通孔9，在交叉点处确定标记点的位置。

进一步地，本实施例中，垂直位置调节机构和水平位置调节机构均包括丝杠电机10、丝杠11和滑块12，主框架2内部左下角设置有固定块13，两个丝杠电机10分别固定在主框架2的顶部和侧壁，两个丝杠11一端分别与一个丝杠电机10传动连接，另一端分别与固定块13的顶部和侧部传动连接，两个滑块12分别与两个丝杠11螺纹连接，水平导向杆6另一端与一个滑块12固定连接，垂直导向杆8另一端与另一个滑块12固定连接；两个丝杠电机10均与控制器的信号输入端电连接。本实施例通过丝杠机构实现水平导向杆6和垂直导向杆8的移动。

进一步地，本实施例中，第一位移传感器5和第二位移传感器7均为浮子式位移传感器，水平导向杆6和垂直导向杆8上均开设有套孔，第一位移传感器5或第二位移传感器7的浮子14分别设置在水平导向杆6或垂直导向杆8的套孔内、并与水平导向杆6或垂直导向杆8固定连接。由于浮子式位移传感器利用的是浮子的移动来采集位置，符合本申请的设计目的和要求。

具体地，本实施例中，支撑架包括第一液压升降装置15、第二液压升降装置16和两个立柱；每个立柱均包括支撑杆22、第一电机17和u型杆18；第一电机17固定在u型杆18外侧壁上，第一电机17的输出轴依次穿过u型杆18的一侧壁和支撑杆22的一端，并与u型杆(18)的另一侧壁转动连接，与支撑杆22固定连接；第一液压升降装置15和第二液压升降装置16分别设置在两个u型杆18下端，两个支撑杆22内侧均通过连杆23与主框架2两侧固定连接，第一电机17与控制器的信号输入端电连接。通过第一液压升降装置15、第二液压升降装置16和调节主框架2的高度，同时通过第一电机17可带动支撑杆22转动，进而调节主框架2绕第一电机17转动的角度。

为了满足更多的角度观看需求，本实施例中，第一液压升降装置15底部设置有可升缩滚轮24，第二液压升降装置16与对应的u型杆18之间具有间隙，第二液压升降装置16顶部内侧设置有第二电机19，第二电机19的输出轴穿过第二液压升降装置16并与u型杆18下端固定连接。通过第二电机19可带动主框架2在360范围内转动。

进一步地，本实施例中，输入模块1为设置在主框架2底部或侧部。

为了方便观看，本实施例中，演示板21左侧边缘和下侧边缘均设置有刻度线20。

同时，本实施例中，演示板21也可以为电子触摸屏，电子触摸屏与控制器电连接，控制器可将检测到的值发送到电子触摸屏，可通过演示板21来演示、重现绘图结果。

本实施例发明提供的微积分数学演示装置结构灵活，教师能够在教学讲解的过程中够形象的演示微积分曲线的绘制过程，使用时可根据需要将该装置调整到适合的高度和角度进行教学演示，提高教师使用的舒适性，激发了学生学习的兴趣，提高了教学效率，保证了教学的质量。

以上所述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本发明的保护范围。

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