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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 智能型靜電場(chǎng)測(cè)繪系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 靜電場(chǎng)描繪系統(tǒng)是物理實(shí)驗(yàn)中為不同類型的靜電場(chǎng)而開發(fā)的科研儀器，主要是利用穩(wěn)恒電流場(chǎng)在導(dǎo)體中的分布來模擬靜電場(chǎng)的分布，老式的靜電場(chǎng)描繪儀多采用導(dǎo)電紙或是水作為導(dǎo)體進(jìn)行探針的手動(dòng)偵測(cè)和定位，由于導(dǎo)電紙上石墨層厚薄不均勻及電極與導(dǎo)電紙接觸不均勻，導(dǎo)致描繪出的電場(chǎng)與預(yù)期的相關(guān)甚遠(yuǎn),并且沒有一套智能處理數(shù)據(jù)這樣一個(gè)系統(tǒng),造成學(xué)生對(duì)電場(chǎng)的認(rèn)識(shí)不夠. 正是為了克服以上問題,本系統(tǒng)利用微晶導(dǎo)電玻璃作為靜電場(chǎng)描繪儀的導(dǎo)體，主要在電場(chǎng)點(diǎn)的采集方式和實(shí)驗(yàn)儀器的構(gòu)造上進(jìn)行了改進(jìn)。 在采點(diǎn)方式上選用了光學(xué)定位的方式，利用微晶導(dǎo)電玻璃的強(qiáng)光通透性，將探針改進(jìn)成探測(cè)筆，探測(cè)筆可以發(fā)射出強(qiáng)光束，通過探測(cè)筆頭處的探針傳輸電壓，利用在測(cè)繪儀底部的攝像頭進(jìn)行拍照，探測(cè)筆內(nèi)置按鍵觸發(fā)拍照功能，傳輸?shù)碾妷耗M信號(hào)經(jīng)過系統(tǒng)版的AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)和照片信息通過USB接口技術(shù)輸入電腦。通過專利中VisualBasic軟件環(huán)境下編輯的exe文件讀取電壓和照片信息，進(jìn)行校正分析，數(shù)據(jù)處理，最后展示出靜電場(chǎng)的分布及眾多性質(zhì)情況。
- 詳細(xì)介紹：
- 本系統(tǒng)利用微晶導(dǎo)電玻璃作為靜電場(chǎng)描繪儀的導(dǎo)體，主要在電場(chǎng)點(diǎn)的采集方式和實(shí)驗(yàn)儀器的構(gòu)造上進(jìn)行了改進(jìn)。 在采點(diǎn)方式上選用了光學(xué)定位的方式，利用微晶導(dǎo)電玻璃的強(qiáng)光通透性，將探針改進(jìn)成探測(cè)筆，探測(cè)筆可以發(fā)射出強(qiáng)光束，通過探測(cè)筆頭處的探針傳輸電壓，利用在測(cè)繪儀底部的攝像頭進(jìn)行拍照，探測(cè)筆內(nèi)置按鍵觸發(fā)拍照功能，傳輸?shù)碾妷耗M信號(hào)經(jīng)過系統(tǒng)版的AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)和照片信息通過USB接口技術(shù)輸入電腦。通過專利中在VisualBasic軟件環(huán)境下編輯的exe文件讀取電壓和照片信息，進(jìn)行校正分析，數(shù)據(jù)處理，最后展示出靜電場(chǎng)的分布情況。 在實(shí)驗(yàn)儀器額度構(gòu)造上，本專利采用隔光性能良好的硬質(zhì)塑料作為測(cè)繪儀的材料，呈長方型，分為實(shí)驗(yàn)測(cè)繪層和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換傳輸層，在實(shí)驗(yàn)測(cè)繪層中，一端固定攝像頭，一端固定微晶導(dǎo)電玻璃，用螺釘固定，留有的機(jī)械空間可方便地更換微晶導(dǎo)電玻璃。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換層固定供給電極電壓和探測(cè)電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換的集成電路。利用集成電路上PICS16F877進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，通過RS232轉(zhuǎn)USB接口將數(shù)字信號(hào)傳輸電腦，攝像頭自帶的USB接口直接連接電腦。 實(shí)驗(yàn)軟件具有校正坐標(biāo)系和接收分析數(shù)據(jù)的作用，并能夠?qū)?shù)據(jù)保存，提取，和繪圖。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 物理作為一門基礎(chǔ)學(xué)科在全國數(shù)以萬計(jì)的大、中學(xué)校的教學(xué)中有著不可替代的重要地位，而物理實(shí)驗(yàn)則是物理教學(xué)中的重中之重，先進(jìn)的物理儀器能夠讓學(xué)生更加直觀的認(rèn)識(shí)復(fù)雜高深的物理原理，激發(fā)學(xué)生的興趣。一個(gè)既精確又操作簡(jiǎn)潔、且人性化的物理實(shí)驗(yàn)儀器，擁有低廉的市場(chǎng)價(jià)格，那么他的競(jìng)爭(zhēng)力是不言而喻的。 問題與解決方案： 1：如何獲取不受外界影響且有均勻?qū)щ娦缘膶?dǎo)電媒介；決定利用高精度導(dǎo)電微晶玻璃。 2：如何獲取電場(chǎng)數(shù)據(jù)點(diǎn)的全部數(shù)據(jù)將其快速上傳電腦并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；利用CCD感光元件，RS232快速串行接口傳輸，結(jié)合高精度據(jù)光束，通過對(duì)像素的處理，達(dá)到理想的精度。 3：運(yùn)用什么樣的方法達(dá)到理想的數(shù)據(jù)精確度，滿足嚴(yán)格的數(shù)據(jù)處理要求；選擇強(qiáng)大友好性的vb6.0編程軟件 創(chuàng)新點(diǎn)： 1應(yīng)用弱透光導(dǎo)電微晶玻璃做為導(dǎo)體 2采用光學(xué)平面定位采集方式和坐標(biāo)系矯正算法 A 分辨率高，定位準(zhǔn)確B 矯正算法對(duì)外界硬件位置要求寬松。 3 使用vb軟件設(shè)計(jì)，形成廉價(jià)優(yōu)勢(shì) A vb軟件對(duì)計(jì)算機(jī)或處理器硬件要求低。 B vb軟件可移植性好；C 軟件成本低，致使儀器成本下降。 主要技術(shù)指標(biāo)： ■測(cè)繪電場(chǎng)精度在0.001v/m ■微晶導(dǎo)電精度達(dá)到微米級(jí) ■ccd縱橫向精度達(dá)到0.05mm ■使用rs232接口和電腦通信，速度達(dá)到20mb/s ■強(qiáng)大的算法處理，線性擬合遠(yuǎn)超實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 一、可操作性強(qiáng)：利用光學(xué)定位的方式，實(shí)驗(yàn)者要做的僅僅是移動(dòng)探測(cè)筆，觀察電腦上顯示的數(shù)據(jù)，按下按鍵就可以對(duì)電場(chǎng)點(diǎn)進(jìn)行采集。數(shù)據(jù)分析和靜電場(chǎng)分布圖的整個(gè)完成過程都由專利自帶的軟件完成并打印，無需實(shí)驗(yàn)者自己繪圖，有很強(qiáng)的操作性，十分方便； 二、定位精確：由于本實(shí)用新型使用的是光學(xué)平面定位的方式和坐標(biāo)系校正的算法，定位的電場(chǎng)點(diǎn)在實(shí)際坐標(biāo)中可以精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位；利用PIC16f877的十位AD轉(zhuǎn)換功能，電壓信息可以精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位并且不需要外界測(cè)量電壓設(shè)施，做到了一步到位不需要任何其他測(cè)量工具的要求。 三、安全穩(wěn)定：于本實(shí)用新型使用的微晶導(dǎo)電玻璃，探測(cè)筆和集成電路板所使用的電壓通過220V家用電壓變壓器接入后，都在10V或10V以下，是安全可靠的，不對(duì)人身安全構(gòu)成威脅，電路簡(jiǎn)單穩(wěn)定. 四、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)大：結(jié)合計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算能力，能有效的對(duì)誤差進(jìn)行分析與校正，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能處理。描繪并儲(chǔ)存電場(chǎng)線圖像。 五、檢修方便：本實(shí)用新型的測(cè)繪儀構(gòu)造層次分明，方便拆卸和更換。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2008年10月20號(hào)申請(qǐng)發(fā)明專利 2009年3月我校創(chuàng)新項(xiàng)目審查,優(yōu)秀項(xiàng)目
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- ■實(shí)物、產(chǎn)品 ■模型 ■現(xiàn)場(chǎng)演示 ■圖片 ■錄像 ■樣品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說明：本系統(tǒng)利用微晶導(dǎo)電玻璃作為靜電場(chǎng)描繪儀的導(dǎo)體，主要在電場(chǎng)點(diǎn)的采集方式和實(shí)驗(yàn)儀器的構(gòu)造上進(jìn)行了改進(jìn)。 在采點(diǎn)方式上選用了光學(xué)定位的方式，利用微晶導(dǎo)電玻璃的弱透光性，通過探測(cè)筆頭處的探針傳輸電壓，利用在測(cè)繪儀底部的攝像頭進(jìn)行拍照，傳輸?shù)碾妷耗M信號(hào)經(jīng)過系統(tǒng)版的AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)和照片信息通過USB接口技術(shù)輸入電腦。通過VB軟件環(huán)境下編輯的exe文件讀取電壓和照片信息，進(jìn)行校正分析，數(shù)據(jù)處理，最后展示出靜電場(chǎng)的分布情況。 實(shí)驗(yàn)軟件具有校正坐標(biāo)系和接收分析數(shù)據(jù)的作用，并能夠?qū)?shù)據(jù)保存，提取，和繪圖。 一、可操作性強(qiáng)；二、定位精確；三、安全穩(wěn)定 四、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)大；五、檢修方便；六、價(jià)格低廉，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)。 作為大專院校和高中教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器。作為科研及實(shí)驗(yàn)輔助工具。 本產(chǎn)品市場(chǎng)定位在500元左右，已在上海工程技術(shù)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心推廣，受到廣泛好評(píng)，在以后的推廣中，我們想先在上海眾理工科高校中推廣，預(yù)計(jì)售出總數(shù)在1000臺(tái)左右。
同類課題研究水平概述
- 此款新型靜電場(chǎng)測(cè)繪系統(tǒng)與現(xiàn)在已經(jīng)存在的在靜電場(chǎng)測(cè)繪方面的儀器相比，在儀器設(shè)計(jì)原理、使用材料等方面有著先進(jìn)的水平： 首先，本系統(tǒng)引用了均勻?qū)щ?，高抗磨損的導(dǎo)電玻璃作為實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。需要指出的是，使用導(dǎo)電玻璃本身就是一項(xiàng)創(chuàng)新。通過加工和改造，生產(chǎn)出了適合本系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)要求的導(dǎo)電玻璃產(chǎn)品。因此本系統(tǒng)相比較其他儀器，在導(dǎo)電方面達(dá)到了誤差在0.01V的均勻?qū)щ娬`差，具有更強(qiáng)的導(dǎo)電性能；在系統(tǒng)的重復(fù)使用性能方面，可以承受探針的點(diǎn)刺和劃記，不留下肉眼可以觀察到得永久劃痕，不改變導(dǎo)電性能。不論何種類型的靜電場(chǎng)測(cè)試，導(dǎo)電微晶玻璃平均使用達(dá)到10年左右的標(biāo)準(zhǔn)。而其他的已經(jīng)存在的測(cè)試系統(tǒng)，使用導(dǎo)電紙缺點(diǎn)在于重復(fù)使用性差，設(shè)備磨損程度很高。使用導(dǎo)電液體缺點(diǎn)在于導(dǎo)電性不均勻，存在比較大的誤差。 其次，本系統(tǒng)引入了光學(xué)定位的測(cè)算方式，通過利用導(dǎo)電玻璃的低透光性，紅外線激光發(fā)射器的高穿透性，有效地區(qū)別了系統(tǒng)外自然光和實(shí)驗(yàn)設(shè)備光。因此可以利用攝像頭對(duì)實(shí)驗(yàn)面板進(jìn)行拍攝，提取圖像數(shù)據(jù)分析，算得測(cè)繪點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。定位誤差達(dá)到了0.1mm。然而其他的測(cè)繪儀器多采用的光電打點(diǎn)以及人工測(cè)算的方式，其精確性很低。 同時(shí)，專為本系統(tǒng)開發(fā)的軟件，給實(shí)驗(yàn)者構(gòu)建了友好，完整的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在這款軟件上，實(shí)驗(yàn)者可以根據(jù)提示，提取平行柱狀電極，飛機(jī)機(jī)翼電極，圓形電極等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行測(cè)繪。本系統(tǒng)經(jīng)過延展，可以達(dá)到在任意形狀類型電極的情況下，描繪靜電場(chǎng)圖形。方便快捷的提取數(shù)據(jù)，全方位電腦操作，給實(shí)驗(yàn)過程帶來了極大的方便，節(jié)省了時(shí)間。其他已經(jīng)存在的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)大多是通過實(shí)驗(yàn)者自己手繪和計(jì)算，在可操作性方面很低。 最后，根據(jù)攝像頭的廣角性能，系統(tǒng)可以只需要最小8立方分米的體積，完成測(cè)繪過程。重量最輕可達(dá)1公斤，因此在便攜性能方面比起已經(jīng)存在的靜電場(chǎng)測(cè)繪系統(tǒng)的笨重，具有很大的優(yōu)勢(shì)。
