[发明专利]具有测量力与角度功能的力矩盘实验器

权利要求书

1.一种具有测量力与角度功能的力矩盘实验器，包括力-角度传感器、力臂、力矩盘、线绳、重物、数据采集器和计算机，其特征是：力矩盘的圆心处安装有两个能够绕力矩盘圆心自由转动的力臂，每个力臂上均安装有一个力-角度传感器，三根线绳的一端打结在一起，打结点位于力矩盘的圆心处，两根线绳的另一端分别与一个力-角度传感器连接，第三根线绳的另一端悬挂重物，两个力-角度传感器均与数据采集器通过通讯线连接，数据采集器4通过通讯线与计算机连接，数据采集器读取力-角度传感器采集的力和角度数据，并将数据传输到计算机，计算机上显示出共点力的大小及共点力之间的角度数据，并在图像中描绘出两个共点力与其合力的平行四边形曲线图。

2.根据权利要求1所述的具有测量力与角度功能的力矩盘实验器，其特征是：所述力矩盘表面设有用于指示力臂所处角度的刻度。

3.根据权利要求1所述的具有测量力与角度功能的力矩盘实验器，其特征是：所述力-角度传感器包括供电电路、DAC输出电路、角度信号采集电路、力信号采集放大电路、数据处理电路和接口电路，供电电路为整个电路提供电源，DAC输出电路与力信号采集放大电路的运算放大器相连，角度信号采集电路和力信号采集放大电路与数据处理电路相连，接口电路为电路之间的连接提供各种接口。

4.根据权利要求3所述的具有测量力与角度功能的力矩盘实验器，其特征是：所述DAC输出电路，包括电阻R1、运算放大器芯片U2，电阻R1一端与数据处理电路中的单片机U1内部的DAC数模转换模块的P0.0管脚与连接，电阻R1另一端与运算放大器芯片U2相连，其输出连接到力信号采集放大电路中的运算放大器芯片U4第5脚。

5.根据权利要求3所述的具有测量力与角度功能的力矩盘实验器，其特征是：所述角度信号采集电路，包括倾角芯片U3、分压网络和RC滤波网络，芯片U3的13、14、15脚与其相连的分压、滤波网络相连，分压、滤波网络输出与数据处理电路中的单片机U1第26、27、28脚相连。

6.根据权利要求3所述的具有测量力与角度功能的力矩盘实验器，其特征是：所述力信号采集放大电路，包括应变计J3和运算放大芯片U4，由应变计J3与力信号采集放大电路中的运算放大芯片U4相连，运算放大芯片U4的输出与数据处理电路中的单片机U1第29脚相连。

7.根据权利要求3所述的具有测量力与角度功能的力矩盘实验器，其特征是：所述数据处理电路包括单片机U1，单片机U1用C8051F410，单片机U1的第1、8脚连接+5V供电系统；基准电压源芯片U2采用ADR391，并与单片机U1连接，基准电压源芯片U2的4脚连接至单片机U1的11脚，单片机U1的第17脚为DAC数模转换模块的输出管脚与DAC输出电路中的电阻R1相连，电阻R1另一端与运算放大器芯片U2相连，运算放大器芯片U2的输出与力信号采集放大电路中的运算放大器芯片U4第5脚相连，单片机U1的第26、27、28脚为角度信号采集电路的ADC模数转换模块的输入脚，连接角度信号采集电路中倾角芯片U3，单片机U1的第29脚为力信号采集放大电路的ADC模数转换模块的输入脚，连接力信号采集放大电路中的运算放大器芯片U4第6脚。

8.根据权利要求3所述的具有测量力与角度功能的力矩盘实验器，其特征是：所述接口电路包括J1程序下载口、瞬态抑制二极管TVS1、瞬态抑制二极管TVS2和SPI通讯接口JC，J1为CPU程序下载口，连接数据处理电路中的单片机U1的第2、32脚，J2、J3接口为连接数据处理电路和力信号采集放大电路的接口，瞬态抑制二极管TVS1和TVS2，连接单片机U1与SPI通讯接口JC。