基本信息
- 项目名称：
- 智能型静电场测绘系统
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 静电场描绘系统是物理实验中为不同类型的静电场而开发的科研仪器，主要是利用稳恒电流场在导体中的分布来模拟静电场的分布，老式的静电场描绘仪多采用导电纸或是水作为导体进行探针的手动侦测和定位，由于导电纸上石墨层厚薄不均匀及电极与导电纸接触不均匀，导致描绘出的电场与预期的相关甚远,并且没有一套智能处理数据这样一个系统,造成学生对电场的认识不够. 正是为了克服以上问题,本系统利用微晶导电玻璃作为静电场描绘仪的导体，主要在电场点的采集方式和实验仪器的构造上进行了改进。 在采点方式上选用了光学定位的方式，利用微晶导电玻璃的强光通透性，将探针改进成探测笔，探测笔可以发射出强光束，通过探测笔头处的探针传输电压，利用在测绘仪底部的摄像头进行拍照，探测笔内置按键触发拍照功能，传输的电压模拟信号经过系统版的AD转换后的数字信号和照片信息通过USB接口技术输入电脑。通过专利中VisualBasic软件环境下编辑的exe文件读取电压和照片信息，进行校正分析，数据处理，最后展示出静电场的分布及众多性质情况。
- 详细介绍：
- 本系统利用微晶导电玻璃作为静电场描绘仪的导体，主要在电场点的采集方式和实验仪器的构造上进行了改进。 在采点方式上选用了光学定位的方式，利用微晶导电玻璃的强光通透性，将探针改进成探测笔，探测笔可以发射出强光束，通过探测笔头处的探针传输电压，利用在测绘仪底部的摄像头进行拍照，探测笔内置按键触发拍照功能，传输的电压模拟信号经过系统版的AD转换后的数字信号和照片信息通过USB接口技术输入电脑。通过专利中在VisualBasic软件环境下编辑的exe文件读取电压和照片信息，进行校正分析，数据处理，最后展示出静电场的分布情况。 在实验仪器额度构造上，本专利采用隔光性能良好的硬质塑料作为测绘仪的材料，呈长方型，分为实验测绘层和数据转换传输层，在实验测绘层中，一端固定摄像头，一端固定微晶导电玻璃，用螺钉固定，留有的机械空间可方便地更换微晶导电玻璃。数据转换层固定供给电极电压和探测电压模数转换的集成电路。利用集成电路上PICS16F877进行AD转换，通过RS232转USB接口将数字信号传输电脑，摄像头自带的USB接口直接连接电脑。 实验软件具有校正坐标系和接收分析数据的作用，并能够将数据保存，提取，和绘图。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 物理作为一门基础学科在全国数以万计的大、中学校的教学中有着不可替代的重要地位，而物理实验则是物理教学中的重中之重，先进的物理仪器能够让学生更加直观的认识复杂高深的物理原理，激发学生的兴趣。一个既精确又操作简洁、且人性化的物理实验仪器，拥有低廉的市场价格，那么他的竞争力是不言而喻的。 问题与解决方案： 1：如何获取不受外界影响且有均匀导电性的导电媒介；决定利用高精度导电微晶玻璃。 2：如何获取电场数据点的全部数据将其快速上传电脑并进行数据处理；利用CCD感光元件，RS232快速串行接口传输，结合高精度据光束，通过对像素的处理，达到理想的精度。 3：运用什么样的方法达到理想的数据精确度，满足严格的数据处理要求；选择强大友好性的vb6.0编程软件 创新点： 1应用弱透光导电微晶玻璃做为导体 2采用光学平面定位采集方式和坐标系矫正算法 A 分辨率高，定位准确B 矫正算法对外界硬件位置要求宽松。 3 使用vb软件设计，形成廉价优势 A vb软件对计算机或处理器硬件要求低。 B vb软件可移植性好；C 软件成本低，致使仪器成本下降。 主要技术指标： ■测绘电场精度在0.001v/m ■微晶导电精度达到微米级 ■ccd纵横向精度达到0.05mm ■使用rs232接口和电脑通信，速度达到20mb/s ■强大的算法处理，线性拟合远超实验教学要求
科学性、先进性
- 一、可操作性强：利用光学定位的方式，实验者要做的仅仅是移动探测笔，观察电脑上显示的数据，按下按键就可以对电场点进行采集。数据分析和静电场分布图的整个完成过程都由专利自带的软件完成并打印，无需实验者自己绘图，有很强的操作性，十分方便； 二、定位精确：由于本实用新型使用的是光学平面定位的方式和坐标系校正的算法，定位的电场点在实际坐标中可以精确到小数点后两位；利用PIC16f877的十位AD转换功能，电压信息可以精确到小数点后两位并且不需要外界测量电压设施，做到了一步到位不需要任何其他测量工具的要求。 三、安全稳定：于本实用新型使用的微晶导电玻璃，探测笔和集成电路板所使用的电压通过220V家用电压变压器接入后，都在10V或10V以下，是安全可靠的，不对人身安全构成威胁，电路简单稳定. 四、数据处理能力强大：结合计算机强大的运算能力，能有效的对误差进行分析与校正，对数据进行智能处理。描绘并储存电场线图像。 五、检修方便：本实用新型的测绘仪构造层次分明，方便拆卸和更换。
获奖情况及鉴定结果
- 2008年10月20号申请发明专利 2009年3月我校创新项目审查,优秀项目
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- ■实物、产品 ■模型 ■现场演示 ■图片 ■录像 ■样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：本系统利用微晶导电玻璃作为静电场描绘仪的导体，主要在电场点的采集方式和实验仪器的构造上进行了改进。 在采点方式上选用了光学定位的方式，利用微晶导电玻璃的弱透光性，通过探测笔头处的探针传输电压，利用在测绘仪底部的摄像头进行拍照，传输的电压模拟信号经过系统版的AD转换后的数字信号和照片信息通过USB接口技术输入电脑。通过VB软件环境下编辑的exe文件读取电压和照片信息，进行校正分析，数据处理，最后展示出静电场的分布情况。 实验软件具有校正坐标系和接收分析数据的作用，并能够将数据保存，提取，和绘图。 一、可操作性强；二、定位精确；三、安全稳定 四、数据处理能力强大；五、检修方便；六、价格低廉，市场竞争力强。 作为大专院校和高中教学实验仪器。作为科研及实验辅助工具。 本产品市场定位在500元左右，已在上海工程技术大学物理实验中心推广，受到广泛好评，在以后的推广中，我们想先在上海众理工科高校中推广，预计售出总数在1000台左右。
同类课题研究水平概述
- 此款新型静电场测绘系统与现在已经存在的在静电场测绘方面的仪器相比，在仪器设计原理、使用材料等方面有着先进的水平： 首先，本系统引用了均匀导电，高抗磨损的导电玻璃作为实验基础。需要指出的是，使用导电玻璃本身就是一项创新。通过加工和改造，生产出了适合本系统实验要求的导电玻璃产品。因此本系统相比较其他仪器，在导电方面达到了误差在0.01V的均匀导电误差，具有更强的导电性能；在系统的重复使用性能方面，可以承受探针的点刺和划记，不留下肉眼可以观察到得永久划痕，不改变导电性能。不论何种类型的静电场测试，导电微晶玻璃平均使用达到10年左右的标准。而其他的已经存在的测试系统，使用导电纸缺点在于重复使用性差，设备磨损程度很高。使用导电液体缺点在于导电性不均匀，存在比较大的误差。 其次，本系统引入了光学定位的测算方式，通过利用导电玻璃的低透光性，红外线激光发射器的高穿透性，有效地区别了系统外自然光和实验设备光。因此可以利用摄像头对实验面板进行拍摄，提取图像数据分析，算得测绘点的准确位置。定位误差达到了0.1mm。然而其他的测绘仪器多采用的光电打点以及人工测算的方式，其精确性很低。 同时，专为本系统开发的软件，给实验者构建了友好，完整的实验平台。在这款软件上，实验者可以根据提示，提取平行柱状电极，飞机机翼电极，圆形电极等实验数据，进行测绘。本系统经过延展，可以达到在任意形状类型电极的情况下，描绘静电场图形。方便快捷的提取数据，全方位电脑操作，给实验过程带来了极大的方便，节省了时间。其他已经存在的实验系统大多是通过实验者自己手绘和计算，在可操作性方面很低。 最后，根据摄像头的广角性能，系统可以只需要最小8立方分米的体积，完成测绘过程。重量最轻可达1公斤，因此在便携性能方面比起已经存在的静电场测绘系统的笨重，具有很大的优势。
