Виртуальный измеритель расстояния для учебных физических опытов | Статья в сборнике международной научной конференции

Автор:

Рубрика: 12. Технические средства обучения

Опубликовано в

IV международная научная конференция «Педагогическое мастерство» (Москва, февраль 2014)

Дата публикации: 09.12.2013

Статья просмотрена: 48 раз

Библиографическое описание:

Данилов О. Е. Виртуальный измеритель расстояния для учебных физических опытов [Текст] // Педагогическое мастерство: материалы IV Междунар. науч. конф. (г. Москва, февраль 2014 г.). — М.: Буки-Веди, 2014. — С. 293-295. — URL https://moluch.ru/conf/ped/archive/100/4683/ (дата обращения: 17.08.2018).

Если для автоматизации измерений используется экспериментальная установка с аналоговым датчиком физической величины, то ее функциональная схема может быть такой, как показано на рис. 1 [1; 2]. Такие установки бывают удобными в эксплуатации в том случае, если для них пользователем самостоятельно пишется программное обеспечение. Основной модуль программы для таких измерителей остается практически неизменным при использовании различных датчиков, сопрягаемых с компьютером. Если же используются цифровые датчики разных производителей, то для каждого такого датчика необходима своя уникальная компьютерная программа.

Рис. 1. Функциональная схема виртуального измерителя

Нередко при проведении учебных измерений бывает необходимо автоматизировать процесс измерения расстояния. Измерители расстояния называют дальномерами. Иными словами, дальномер — это прибор, предназначенный для определения расстояния от этого прибора до исследуемого объекта. Дальномерные устройства делятся на активные и пассивные. К активным относятся: 1) звуковые дальномеры; 2) световые дальномеры; 3) лазерные дальномеры; 4) дальномеры других конструкций. Принцип действия дальномеров активного типа состоит в измерении времени, которое затрачивает посланный дальномером звуковой, световой или другой сигнал для прохождения расстояния до объекта и обратно. Скорость распространения сигнала (фазовая скорость звуковой или электромагнитной волны) считается известной. Перечислим также типы пассивных приборов. К ним можно отнести: 1) дальномеры, использующие оптический параллакс (например, дальномерный фотоаппарат); 2) дальномеры, использующие сопоставление объекта какому-либо образцу; 3) дальномеры других конструкций.

Рис. 2. Аналого-цифровой преобразователь

Мы используем датчики расстояния промышленного изготовления, сигнал с которых подается на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП), имеющего выход, подключенный к COM-порту или USB-шине компьютера. Изготавливаемые самостоятельно АЦП (рис. 2) и подключаемые к ним датчики могут иметь открытую структуру (не иметь корпуса) для того, чтобы учащимся можно было продемонстрировать конструктивные особенности приборов. Используемые нами датчики относятся к дальномерам активного типа и являются световыми (испускающими волны инфракрасного диапазона). Как правило, они продаются в комплекте с проводниками и штекерами (рис. 3). Для учебных опытов, в которых расстояние измеряется с помощью датчиков, хорошо подходят аналоговые приборы фирмы Sharp: GP2Y0A02 (измеряемые расстояния находятся в диапазоне 20–120 см), GP2Y0A21 (10–80 см) и GP2D120 (4–30 см). Все они имеют напряжение питания 5 В и потому безопасны для учащихся.

Для удобства подключения аналогового датчика расстояния к АЦП его лучше расположить на специально изготовленной печатной плате (рис. 4). Обычно все самостоятельно изготавливаемые приборы мы конструируем, опираясь на модульный принцип. Иными словами, собираемая экспериментальная установка представляет собой измерительный комплекс со взаимозаменяемыми элементами-модулями. В данном случае базовым модулем является АЦП, к которому могут подключаться различные сменные модули — аналоговые датчики физических величин [3].

Рис. 3. Аналоговый датчик расстояния

Наиболее оправданным применение автоматизированного измерителя расстояния будет в следующих случаях:

-     нужно провести большое количество измерений за относительно небольшой промежуток времени;

-     объект, расстояние до которого нужно измерить, трудно доступен;

-     существует необходимость в сохранении данных, полученных в результате опытов;

-     требуется визуализация данных (например, нужно построить график зависимости расстояния до объекта от времени).

Рис. 4. Размещение датчика на плате

Чаще всего мы применяем компьютерные дальномеры при проведении учебных опытов по механике. Они позволяют автоматизировать экспериментальное изучение движения тел (например, движения тела по наклонной плоскости, колебаний тела на пружине и т. д.).

Литература:

1.   Данилов О. Е. Аналого-цифровой преобразователь как базовый элемент учебного компьютерного измерительного комплекса с аналоговыми датчиками физических величин / О. Е. Данилов // Молодой ученый. — 2013. — № 4. — С. 114–119.

2.   Данилов О. Е. Применение компьютерных технологий в учебном физическом эксперименте / О. Е. Данилов // Молодой ученый. — 2013. — № 1. — С. 330–333.

3.   Данилов О. Е. Создание компьютерного измерительного комплекса с аналоговыми датчиками для школьного кабинета физики / О. Е. Данилов // Дистанционное и виртуальное обучение. — 2013. — № 3. — С. 93–102.

Основные термины (генерируются автоматически): дальномер, активный тип, аналого-цифровой преобразователь, функциональная схема, аналоговый датчик расстояния, датчик.

Похожие статьи

Аналого-цифровой преобразователь как базовый элемент...

В статье рассматривается десятиразрядный аналого-цифровой преобразователь, который может являться базовым элементом для создания учебного компьютерного измерительного комплекса с аналоговыми датчиками физических величин.

аналоговый датчик давления, датчик, аналого-цифровой...

дальномер, активный тип, аналого-цифровой преобразователь, функциональная схема, аналоговый датчик расстояния, датчик.

Схема АЦП сФАПЧ. Основные блоки. Аналого-Цифровом преобразователе (АЦП) с промежуточным преобразованием...

Виртуальный манометр для учебных физических опытов

дальномер, активный тип, аналого-цифровой преобразователь, функциональная схема, аналоговый датчик расстояния, датчик. Стенд для функциональных испытаний насоса. – ДД — датчик давления и пульсации давлении; – ДКМ...

Виртуальный термометр для учебных физических опытов

дальномер, активный тип, аналого-цифровой преобразователь, функциональная схема, аналоговый датчик расстояния, датчик. Разработка многоканального цифрового амперметра.

Расчет нелинейностей аналого-цифрового преобразователя

В настоящее время цифровая аппаратура постепенно вытесняет аналоговую. Такую тенденцию можно описать многими факторами, но главный из них — простота обработки цифровых сигналов по сравнению аналоговыми.

Имитационная модель цифрового датчика давления

Аналого-цифровой преобразователь как базовый элемент... Компьютер оперирует дискретными величинами, поэтому частью любого виртуального измерителя с аналоговым датчиком является.

Аналого-цифровое преобразование | Статья в журнале...

В статье рассматривается десятиразрядный аналого-цифровой преобразователь, который может являться базовым элементом для создания учебного компьютерного измерительного комплекса с аналоговыми датчиками физических величин.

Программное обеспечение цифрового термометра

аналоговый датчик, программное обеспечение, аналого-цифровой преобразователь, датчик, измерительный комплекс, компьютер, фотометрический датчик, физическая величина, принципиальная схема...

Стенд для функциональных испытаний насоса

Рис. 2. Функциональная схема электронной части стенда.

AD7418 является 10- битными одноканальными аналого-цифровыми преобразователями с внутренними температурными

– Один простой аналоговый вход; – Внутренний температурный сенсор: от -55°С до +125°С

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Аналого-цифровой преобразователь как базовый элемент...

В статье рассматривается десятиразрядный аналого-цифровой преобразователь, который может являться базовым элементом для создания учебного компьютерного измерительного комплекса с аналоговыми датчиками физических величин.

аналоговый датчик давления, датчик, аналого-цифровой...

дальномер, активный тип, аналого-цифровой преобразователь, функциональная схема, аналоговый датчик расстояния, датчик.

Схема АЦП сФАПЧ. Основные блоки. Аналого-Цифровом преобразователе (АЦП) с промежуточным преобразованием...

Виртуальный манометр для учебных физических опытов

дальномер, активный тип, аналого-цифровой преобразователь, функциональная схема, аналоговый датчик расстояния, датчик. Стенд для функциональных испытаний насоса. – ДД — датчик давления и пульсации давлении; – ДКМ...

Виртуальный термометр для учебных физических опытов

дальномер, активный тип, аналого-цифровой преобразователь, функциональная схема, аналоговый датчик расстояния, датчик. Разработка многоканального цифрового амперметра.

Расчет нелинейностей аналого-цифрового преобразователя

В настоящее время цифровая аппаратура постепенно вытесняет аналоговую. Такую тенденцию можно описать многими факторами, но главный из них — простота обработки цифровых сигналов по сравнению аналоговыми.

Имитационная модель цифрового датчика давления

Аналого-цифровой преобразователь как базовый элемент... Компьютер оперирует дискретными величинами, поэтому частью любого виртуального измерителя с аналоговым датчиком является.

Аналого-цифровое преобразование | Статья в журнале...

В статье рассматривается десятиразрядный аналого-цифровой преобразователь, который может являться базовым элементом для создания учебного компьютерного измерительного комплекса с аналоговыми датчиками физических величин.

Программное обеспечение цифрового термометра

аналоговый датчик, программное обеспечение, аналого-цифровой преобразователь, датчик, измерительный комплекс, компьютер, фотометрический датчик, физическая величина, принципиальная схема...

Стенд для функциональных испытаний насоса

Рис. 2. Функциональная схема электронной части стенда.

AD7418 является 10- битными одноканальными аналого-цифровыми преобразователями с внутренними температурными

– Один простой аналоговый вход; – Внутренний температурный сенсор: от -55°С до +125°С

Задать вопрос