一种物理实验力学拉力计的制作方法

技术领域：

本发明涉及一种物理实验力学拉力计，属于物理实验技术领域。

背景技术：
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物理是一门以观察和实验为基础的自然科学，物理学的实验基础、理论体系及研究方法在学生智能结构的发展中占有非常重要的地位。由于物理本身比较抽象，如若能在物理实验教学中培养学生的发散思维和创造能力，则对学生认知能力的提高，创造能力的萌发都将起着强有力的作用，因此很多学生专门设置了物理实验课程，在学生对相关物理元器件的操作过程中，提高了学生对相关元器件的认知能力和动手能力，进而提高了学生对物理课程的兴趣。

拉力计是一种用来测量拉力的力学仪器，具有高精度、易操作及携带方便之优点，在物理实验力学实验中，需要用到机械式的拉力计拉动外部物体，通过读取拉力计上刻度盘上的数值得出拉力值。在物理实验力学考试中，则是由老师观察学生的操作，从而来评定物理实验分数。

目前大多的力学拉力计实验，存在以下问题：1、物理实验力学考试中，需由老师观察学生的操作，来给定实验分数，评分效率低，且存在误判的可能性；2、物理实验力学考试中，拉片是否回到原点位置，只能通过人眼判别，无法通过智能的方法检测；3、物理实验力学考试中，学生操作拉力计的拉力值，只能通过人眼判别，无法通过智能的方法检测。

技术实现要素：
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针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种智能化程度高，实时监测，数据可靠，操作简单，可实时监控拉力值并对拉力值进行保存分析，实时给定实验分数的物理实验力学装置。

本发明的一种物理实验力学拉力计，它包含外壳、拉环、刻度盘、拉片、拉钩、弹簧、弹簧安装块、重力传感器、连接块、电池、电路板、无线感应线圈、盖板、磁铁，外壳上设置有拉环安装孔、对射传感器安装孔、连接块安装孔、夹线槽、滑槽和复位孔，其中拉环安装孔为圆心通孔，且位于外壳的一端，拉环安装孔内安装有拉环，刻度盘安装在外壳的滑槽内，刻度盘的下方设置有拉片，拉片的一端安装有拉钩，拉片的另一端安装有弹簧，弹簧的一端勾接在弹簧安装块上，弹簧安装块的一端与重力传感器固定连接，重力传感器与连接块通过螺丝连接，连接块的一端通过螺丝固定在外壳上的连接块安装孔内，拉片的下方设置有电池和电路板，电池与电路板连接，电路板与重力传感器电连接，无线感应线圈位于电路板的上方，且与电路板电连接，外壳的下方设置有盖板，盖板呈长方形结构设计，盖板通过螺栓与外壳固定装配在一起，盖板的下部设置有凹槽，凹槽内安装有磁铁。

作为优选，所述的外壳为整个拉力计的中枢，形状呈长方体，有一定的厚度，起到美观和支撑连接其他零部件的作用。

作为优选，所述的对射传感器安装孔呈半圆状结构设计，主要用于安装电路板上的对射传感器，夹线槽为一个内凹槽位，主要用于安装电路板上的线缆。

作为优选，所述的拉环采用金属材质制成，且为环形结构，设置在拉环安装孔内，手指通过拉住拉环可以拉动拉力计。

作为优选，所述的刻度盘包括刻度盘本体、缺口、原点、刻度线层、拉力数值和横条凸起，刻度盘本体呈长方形结构，材质为较硬的材质，具体材质不限，刻度盘本体的中部设置有缺口，缺口为长方形开口，使到拉片在上方滑动，原点为拉力计的初始原点，拉力计回原点后拉片上的指示片刚好在此位置，缺口的两侧分别设置有刻度线层，且呈阵列排布，刻度线层的一侧设置有拉力数值，且由小到大均匀排布，刻度盘可以在外壳的滑槽内有一定距离的滑动，刻度盘本体的背面上端设置有横条凸起。

作为优选，所述的拉片上设置有拉钩安装孔、指示片和弹簧安装孔，拉钩安装孔用于安装拉钩，指示片与拉力计装配后，位于刻度盘的上方，初始位置指向原点，弹簧安装孔设置有两个，与弹簧装配在一起。

作为优选，所述的拉钩采用金属材质制成，且呈勾型，其上端装配在拉片上，下端可以拉起一定重量的重物。

作为优选，所述的弹簧为螺旋状，具有一定的弹性，可以进行拉伸，其一端勾接在弹簧安装块，另一端旋入拉片上的弹簧安装孔。

作为优选，所述的重力传感器为整个拉力计的核心部件，与电路板电连接，当有拉力传递到重力传感器时，通过后台软件分析处理，可以识别出拉力的大小。

作为优选，所述的连接块呈l型结构，连接块上设置有螺孔，其一端与重力传感器通过螺丝连接，另一端与外壳固定连接，起到固定重力传感器的作用。

作为优选，所述的电路板呈长方形结构设计，电路板包括基板、对射传感器、复位按钮和电路板螺孔，基板11-1为电路板的基体，其他电子元器件均焊接在基板上，对射传感器设置有两个，呈对称分布，分别安装在外壳上的对射传感器安装孔内，可以判断其前方是否有物体，主要是用于判断拉片上的指示片是否回到原位，进而作出信号逻辑判断，复位按钮位于电路板的下部，通过拉力计外壳的复位孔按下复位按钮可以对整个拉力计进行复位工作，电路板螺孔用于螺栓与外壳的固定装配，电路板所获取到的电信号可以通过蓝牙或者wifi传输到外部设备上。

作为优选，所述的磁铁具有一定的磁性，设于盖板的凹槽内，可以在拉力计放回原位时判断拉力计是否在指定的位置。

本发明的有益效果：

1、它在物理实验力学考试中，老师只需要给学生定下考试内容后，学生操作相关的器件，然后拉力计通过蓝牙或者wifi把数据传输到后台的处理设备，后台设备采集回来的实时拉力值信息，一方面可以保存在设备上，另外一方面可以与学生输入到设备的读取的拉力值进行比较，判断学生的读数是否准确，从而可以从后台判断学生的操作是否准确，每个步骤的分数是否能获取，学生提交后，考试结束，即可马上知道该学生考试的分数，实现了对整个力学装置的实时监控及智能操作，大大的提高了物理实验的考试效率，也减少了老师重复单调的评分工作，减少了成绩误判的可能性；

2、物理实验力学考试中，通过电路板上的对射传感器是否有信号来判别拉力计初始位是否回到原点，从而可以判断学生的操作是否符合要求，因此通过后台的程序来给定物理实验成绩，取代人为肉眼给定成绩的传统做法；

3、本拉力计在不改变现有传统物理实验拉力计的外形和结构，对力学实验的拉力计进行了智能化的升级，达到智能监控的目的，优化后不影响学生操作元器件的步骤和习惯；

4、本拉力计采用了重力传感器对拉力值进行读取识别，具有精度高，且识别拉力值灵敏度高的特征，所采集到的数据可以通过蓝牙或者wifi传输到外部设备上；

5、本拉力计上设有充电电池，可以对电路板进行供电，摆脱了需要外部线缆对电路板供电的方式，且设有无线感应线圈可以对拉力计进行无线充电；

6、本拉力计上有磁铁，通过磁感应，操作者把拉力计放回原位时，可以判断学生在操作完拉力计后，是否把拉力计放回原位。

附图说明：

为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的背面结构示意图；

图3为本发明中电路板和无线感应线圈的安装结构示意图；

图4为本发明的分解结构示意图；

图5为本发明的内部结构示意图；

图6为本发明中外壳的内部结构示意图；

图7为本发明中刻度盘的结构示意图；

图8为本发明中刻度盘的背面结构示意图；

图9为本发明中拉片的结构示意图；

图10为本发明中电路板的结构示意图；

图11为本发明的使用状态示意图。

1-外壳；1-1-拉环安装孔；1-2-对射传感器安装孔；1-3-连接块安装孔；1-4-夹线槽；1-5-滑槽；1-6-复位孔；2-拉环；3-刻度盘；3-1-刻度盘本体；3-2-缺口；3-3-原点；3-4-刻度线层；3-5-拉力数值；3-6-横条凸起；4-拉片；4-1-拉钩安装孔；4-2-指示片；4-3-弹簧安装孔；5-拉钩；6-弹簧；7-弹簧安装块；8-重力传感器；9-连接块；10-电池；11-电路板；11-1-基板；11-2-对射传感器；11-3-复位按钮；11-4-电路板螺孔；12-无线感应线圈；13-盖板；14-磁铁。

具体实施方式：

如图1-图11所示，本具体实施方式采用以下技术方案：它包含外壳1、拉环2、刻度盘3、拉片4、拉钩5、弹簧6、弹簧安装块7、重力传感器8、连接块9、电池10、电路板11、无线感应线圈12、盖板13、磁铁14，外壳1上设置有拉环安装孔1-1、对射传感器安装孔1-2、连接块安装孔1-3、夹线槽1-4、滑槽1-5和复位孔1-6，其中拉环安装孔1-1为圆心通孔，且位于外壳1的一端，拉环安装孔1-1内安装有拉环2，刻度盘3安装在外壳1的滑槽1-5内，刻度盘3的下方设置有拉片4，拉片4的一端安装有拉钩5，拉片4的另一端安装有弹簧6，弹簧6的一端勾接在弹簧安装块7上，弹簧安装块7的一端与重力传感器8固定连接，重力传感器8与连接块9通过螺丝连接，连接块9的一端通过螺丝固定在外壳1上的连接块安装孔1-3内，拉片4的下方设置有电池10和电路板11，电池10与电路板11连接，有一定的电量，可以通过电路板11对其他元器件进行供电操作，电路板11与重力传感器8电连接，无线感应线圈12位于电路板11的上方，且与电路板11电连接，可以通过外部无线充电线圈对电池10进行充电操作，外壳1的下方设置有盖板13，盖板13呈长方形结构设计，盖板13通过螺栓与外壳1固定装配在一起，盖板13的下部设置有凹槽，凹槽内安装有磁铁14。

其中，所述的外壳1为整个拉力计的中枢，形状呈长方体，有一定的厚度，起到美观和支撑连接其他零部件的作用；所述的对射传感器安装孔1-2呈半圆状结构设计，主要用于安装电路板11上的对射传感器11-2，夹线槽1-4为一个内凹槽位，主要用于安装电路板11上的线缆；所述的拉环2采用金属材质制成，且为环形结构，设置在拉环安装孔1-1内，手指通过拉住拉环2可以拉动拉力计；所述的刻度盘3包括刻度盘本体3-1、缺口3-2、原点3-3、刻度线层3-4、拉力数值3-5和横条凸起3-6，刻度盘本体3-1呈长方形结构，材质为较硬的材质，具体材质不限，刻度盘本体3-1的中部设置有缺口3-2，缺口3-2为长方形开口，使到拉片4在上方滑动，原点3-3为拉力计的初始原点，拉力计回原点后拉片4上的指示片刚好在此位置，缺口3-2的两侧分别设置有刻度线层3-4，且呈阵列排布，刻度线层3-4的一侧设置有拉力数值3-5，且由小到大均匀排布，刻度盘3可以在外壳1的滑槽1-5内有一定距离的滑动，刻度盘本体3-1的背面上端设置有横条凸起3-6；所述的拉片4上设置有拉钩安装孔4-1、指示片4-2和弹簧安装孔4-3，拉钩安装孔4-1用于安装拉钩5，指示片4-2与拉力计装配后，位于刻度盘3的上方，初始位置指向原点3-3，弹簧安装孔4-3设置有两个，与弹簧6装配在一起；所述的拉钩5采用金属材质制成，且呈勾型，其上端装配在拉片4上，下端可以拉起一定重量的重物；所述的弹簧6为螺旋状，具有一定的弹性，可以进行拉伸，其一端勾接在弹簧安装块7，另一端旋入拉片4上的弹簧安装孔4-3；所述的重力传感器8为整个拉力计的核心部件，与电路板11电连接，当有拉力传递到重力传感器8时，通过后台软件分析处理，可以识别出拉力的大小；所述的连接块9呈l型结构，连接块9上设置有螺孔，其一端与重力传感器8通过螺丝连接，另一端与外壳1固定连接，起到固定重力传感器8的作用；所述的电路板11呈长方形结构设计，电路板11包括基板11-1、对射传感器11-2、复位按钮11-3和电路板螺孔11-4，基板11-1为电路板11的基体，其他电子元器件均焊接在基板11-1上，对射传感器11-2设置有两个，呈对称分布，分别安装在外壳1上的对射传感器安装孔1-2内，可以判断其前方是否有物体，主要是用于判断拉片4上的指示片4-2是否回到原位，进而作出信号逻辑判断，复位按钮11-3位于电路板11的下部，通过拉力计外壳1的复位孔1-6按下复位按钮11-3可以对整个拉力计进行复位工作，电路板螺孔11-4用于螺栓与外壳1的固定装配，电路板11所获取到的电信号可以通过蓝牙或者wifi传输到外部设备上；所述的磁铁14具有一定的磁性，设于盖板13的凹槽内，可以在拉力计放回原位时判断拉力计是否在指定的位置。

本具体实施方式在工作时，检查电池10的电量，确保电量能满足使用的时间，在使用过程中，使用者观察拉片4上的指示片4-2的位置是否对准刻度盘3上的原点3-3，如没回到原点3-3，则调整移动刻度盘3沿着外壳1上的滑槽1-5上下滑动，最终使到拉片4上的指示片4-2的位置对准刻度盘3上的原点3-3，然后用拉钩5勾住需要拉动的物体，手部拿着拉环2，然后把拉力计放置水平，往前拉动拉力计，从而一起拉动物体往前运动，此时指示片4-2也在刻度盘3上滑动，从刻度盘3读取拉力数值3-5即为所拉动物体的拉力，此部分为使用者观察到的拉力值。

使用者在调整移动刻度盘3最终使到拉片4上的指示片4-2的位置对准对准刻度盘3上的原点3-3时，电路板11上的对射传感器11-2判断其前方是否有横条凸起3-6，如有则说明指示片4-2已对准原点3-3，从而可以从后台判断出指示片4-2是否回到原点3-3，使用者在使用拉力计拉动外部物体时，因为拉钩5、拉片4、弹簧6、弹簧安装块7、重力传感器8是连接成一个整体的，所以拉钩5所拉扯的拉力可以传递到重力传感器8，重力传感器8所获取到的拉力值信号传输到电路板11，电路板11通过蓝牙或者wifi把信号传输到外部设备进行保存和分析，通过外部设备的分析，可以判断实时的拉力值，可以判断操作者的操作是否符合规范，可以判断操作者的操作是否合格，在具体的物理实验考试中，可以直接在外部设备上根据学生的操作来给学生对应实验分数，实现了物理实验力学拉力计的实时监控及智能评分。

本具体实施方式在外部设备的操作显示屏上，在使用者操作拉力计时，后台可以实时监测到实时的拉力值，使用者用眼睛看到外部拉力计的拉力数值，可以在操作显示屏上进行数据输入，后台可以对使用者输入的拉力数值和从重力传感器8获取到的拉力数值进行比较，在使用者操作结束时，根据外部设备后台的已经设定的评分标准，可以实时给出使用者该次操作的实验分数，如使用者对分数有异议时，可以在外部设备上调回当时操作过程的拉力数值，来通过数据监控判断是否有误判成绩的情况。

本具体实施方式，当拉力计出现死机的情况时，可以通过用尖物穿过复位孔1-6按下电路板11上的复位按钮11-3，达到对拉力计进行电路复位的操作。

本具体实施方式在物理实验力学考试中，老师只需要给学生定下考试内容后，学生操作相关的器件，然后拉力计通过蓝牙或者wifi把数据传输到后台的处理设备，后台设备采集回来的实时拉力值信息，一方面可以保存在设备上，另外一方面可以与学生输入到设备的读取的拉力值进行比较，判断学生的读数是否准确，从而可以从后台判断学生的操作是否准确，每个步骤的分数是否能获取，学生提交后，考试结束，即可马上知道该学生考试的分数，实现了对整个力学装置的实时监控及智能操作，大大的提高了物理实验的考试效率，也减少了老师重复单调的评分工作，减少了成绩误判的可能性；物理实验力学考试中，通过电路板上的对射传感器是否有信号来判别拉力计初始位是否回到原点，从而可以判断学生的操作是否符合要求，因此通过后台的程序来给定物理实验成绩，取代人为肉眼给定成绩的传统做法；本拉力计在不改变现有传统物理实验拉力计的外形和结构，对力学实验的拉力计进行了智能化的升级，达到智能监控的目的，优化后不影响学生操作元器件的步骤和习惯；本拉力计采用了重力传感器对拉力值进行读取识别，具有精度高，且识别拉力值灵敏度高的特征，所采集到的数据可以通过蓝牙或者wifi传输到外部设备上；本拉力计上设有充电电池，可以对电路板进行供电，摆脱了需要外部线缆对电路板供电的方式，且设有无线感应线圈可以对拉力计进行无线充电；本拉力计上有磁铁，操作者把拉力计放回原位时，通过磁感应，可以判断学生在操作完拉力计后，是否把拉力计放回原位。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

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