CN109999708B - 基于虚实融合实验的搅拌棒套件及其使用方法 - Google Patents

基于虚实融合实验的搅拌棒套件及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了基于虚实融合实验的搅拌棒套件及其使用方法，搅拌棒套件包括搅拌棒和设置在搅拌棒内的搅动传感器，所述搅动传感器用于获取搅拌棒的运动状态，并将运动状态转化为电信号，发送给控制终端。方法包括根据搅动传感器内磁场的方向和实验操作规范，确定感应电动势的正方向；用所述搅拌棒搅拌液体，测量模块获取导体棒产生的感应电动势，并将该感应电动势传输至控制终端；根据感应电动势和确定的正方向，控制终端得到搅拌方向和搅拌速度；判断所述搅拌方向和搅拌速度是否均符合操作规范，并在不符合操作规范时，给出提示。通过本发明实施例的搅拌棒套件，在AR化学实验中，感知搅拌操作过程，实现AR实验中的人机交互。

Description

基于虚实融合实验的搅拌棒套件及其使用方法
技术领域
本发明涉及实验设备技术领域,具体地说是基于虚实融合实验的搅拌棒套件及其使用方法。
背景技术
在化学实验中经常会使用玻璃棒进行搅拌，例如稀释浓硫酸，中和反应等实验。当进行AR(Augmented Reality，增强现实)化学实验时，AR化学实验***无法感知用户是否进行搅拌，以及搅拌的方向和速度，从而无法判断用户的操作是否合乎化学实验操作标准。
现有技术进行AR化学实验时，还缺少对搅拌操作过程的感知，AR***无法实现对搅拌操作的人机交互。
发明内容
本发明实施例中提供了基于虚实融合实验的搅拌棒套件及其使用方法，以解决现有AR化学实验中缺少对搅拌操作感知及监控的问题。
为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：
本发明第一方面提供了基于虚实融合实验的搅拌棒套件，包括搅拌棒，所述套件还包括设置在搅拌棒内的搅动传感器，所述搅动传感器用于获取搅拌棒的运动状态，并将运动状态转化为电信号，发送给控制终端。
进一步地，所述搅动传感器包括匀强磁场和在所述匀强磁场内运动的导体棒，所述导体棒的运动方向与磁场方向不平行，所述导体棒的两端连接测量模块，所述测量模块与控制终端无线通信。
进一步地，所述搅动传感器包括固定在搅拌棒内的绝缘轴，所述绝缘轴的两端固定设置电磁铁，两电磁铁的N极和S极相对设置，所述搅动传感器还包括绕所述绝缘轴转动的支撑架，所述导体棒设置在支撑架上。
进一步地，所述支撑架为方形架，所述导体棒与绝缘轴呈垂直状。
进一步地，所述搅动传感器还包括绝缘球，搅拌棒内壁设置供所述绝缘球运动的滑道，所述绝缘球通过牵引线连接所述支撑架。
进一步地，所述绝缘球为实心球。
本发明第二方面提供了基于虚实融合实验的搅拌棒套件的使用方法，根据所述的搅拌棒套件，包括以下步骤：
根据搅动传感器内磁场的方向和实验操作规范，确定感应电动势的正方向；
用所述搅拌棒搅拌液体，测量模块获取导体棒产生的感应电动势，并将该感应电动势传输至控制终端；
根据感应电动势和确定的正方向，控制终端得到搅拌方向和搅拌速度；
判断所述搅拌方向和搅拌速度是否均符合操作规范，并在不符合操作规范时，给出提示。
进一步地，根据所述感应电动势，控制终端得到搅拌方向和搅拌速度具体为:
根据感应电动势的正负，判断搅拌方向；
利用下式计算搅拌速度
E＝|EV|
Figure GDA0002965346500000021
式中，EV为测量模块的读数，θ为磁感线与导体棒运动方向的夹角，L为有效切割长度。
发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
通过本发明实施例的搅拌棒套件，在AR化学实验中，AR***能够实时获取到套件中导体棒产生的感应电动势，并得出搅拌棒的搅拌方向和搅拌速度，在实时感知搅拌操作的同时，对于不符合搅拌规则的操作给出提醒，避免实验过程中造成危险，且保证实验结果的精确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所述搅拌棒套件的剖视图；
图2是本发明所述搅拌棒顺时针搅拌时的效果示意图；
图3是本发明所述搅拌棒逆时针搅拌时的效果示意图；
图4是本发明所述方法的流程示意图；
图中，1搅拌棒、21第一电磁铁、22第二电磁铁、23绝缘轴、24导体棒、 25支撑架、26绝缘球、27牵引线、28滑道、29测量模块。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
如图1所示，本发明的搅拌棒套件包括搅拌棒1和搅动传感器，搅动传感器设置在搅拌棒1的棒体内，搅动传感器用于获取搅拌棒的运动状态，并将运动状态转化为电信号，发送给控制终端。
搅动传感器包括固定在搅拌棒棒体内的绝缘轴23和设置在绝缘轴23两端的电磁铁，第一电磁铁21和第二电磁铁22的N极和S极相对设置，在搅拌棒1 内产生匀强磁场。
搅动传感器还包括绕绝缘轴23转动的支撑架25，支撑架25可设置成多边形，图1中支撑架为方形，且在支撑架25的一边上设置导体棒24，导体棒只要不与匀强磁场的方向平行即可，为了便于后续对搅拌速度的计算，本实施例选择在支撑架25与磁场方向垂直的一边上设置导体棒24，且导体棒24的两端连接测量模块29，测量模块29用于测量导体棒24在磁场中运动产生的感应电动势，并将该感应电动势上传给控制终端。测量模块29可选用具有无线通讯功能的电压表。
搅动传感器还包括绝缘球26，搅拌棒23内壁设置供绝缘球26运动的滑道 28，绝缘球26通过牵引线27连接支撑架25。绝缘球26选用质量较大的实心球。滑道28位凹槽状，防止绝缘球26从轨道滑出.
当搅拌时，绝缘球26沿滑道28运动，绝缘球26通过牵引线27牵引支撑架25绕着绝缘轴23做旋转运动，设置在支撑架25上的导体棒24座切割磁感线于东，产生感应电动势，测量模块29用来测量导体棒24上电压(电动势) 大小和正负极，将测得的数据传回到控制终端，控制终端为远程计算机。
如图2、3所示，搅拌棒内箭头表示匀强磁场的磁感线方向。当旋转搅拌棒 1时，长度为L的导体棒24在磁场强度为B的磁场中做切割磁感线运动，产生感应电动势EV，感应电动势大小为E。当搅拌棒1顺时针旋转时，导体棒24产生的电动势为b端为正极，若电压表的负极连接导体棒24的b端，此时传输到计算机的读数为负值。当搅拌棒逆时针旋转时，传输到计算机的读数为正值。
如图4所示，搅拌棒套件的使用方法包括以下步骤：
S1,根据搅动传感器内磁场的方向和实验操作规范，确定感应电动势的正方向；
S2,用所述搅拌棒搅拌液体，测量模块获取导体棒产生的感应电动势，并将该感应电动势传输至控制终端；
S3,根据感应电动势和确定的正方向，控制终端得到搅拌方向和搅拌速度；
S4,判断所述搅拌方向和搅拌速度是否均符合操作规范，并在不符合操作规范时，给出提示。
步骤S1中，如图2、3中，磁场的方向由下至上，实验操作规范中按照逆时针方向搅拌试剂，则认为读取到正的感应电动势为规范操作。实际操作中，往往不限制搅拌方向，只限定沿同一方向搅拌，即认为读取到的感应电动势的正负不发生变化，便是规范操作。
步骤S3和步骤S4中，读数EV传入到控制终端后，电动势的大小为读数的绝对值E，根据公式2-1可以计算得出旋转的速度。
Figure GDA0002965346500000051
(2-1)中，θ为磁感线与导体棒运动方向的夹角，L为有效切割长度，即与速度方向垂直的切割长度。为简化计算，本实施例设置夹角θ＝90°，有效切割长度即为导体棒长度L，因此，sinθ＝1，L＝L，因此速度V可由下式2-2得到
Figure GDA0002965346500000061
因此，监控终端可以根据搅拌传感器返回的参数得出旋转方向及旋转速度，当需要沿同一方向搅拌的实验中，实验者没有按照同一方向搅拌，***会得到返回的数据时正时负的结果，提示操作者沿同一方向搅拌；当操作者搅拌速度过快时，超过***预定的最大数值，提示操作者搅拌过快，有液体飞溅的潜在危险。通过方向判断及速度大小来为AR化学实验提供支持，达到规范实验操作的目的。
以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.基于虚实融合实验的搅拌棒套件，包括搅拌棒，其特征是，所述套件还包括设置在搅拌棒内的搅动传感器，所述搅动传感器用于获取搅拌棒的运动状态，并将运动状态转化为电信号，发送给控制终端；
所述搅动传感器包括匀强磁场和在所述匀强磁场内运动的导体棒，所述导体棒的运动方向与磁场方向不平行，所述导体棒的两端连接测量模块，所述测量模块与控制终端无线通信；
所述搅动传感器包括固定在搅拌棒内的绝缘轴，所述绝缘轴的两端固定设置电磁铁，两电磁铁的N极和S极相对设置，所述搅动传感器还包括绕所述绝缘轴转动的支撑架，所述导体棒设置在支撑架上；
所述搅动传感器还包括绝缘球，搅拌棒内壁设置供所述绝缘球运动的滑道，所述绝缘球通过牵引线连接所述支撑架。
2.根据权利要求1所述的基于虚实融合实验的搅拌棒套件，其特征是，所述支撑架为方形架，所述导体棒与绝缘轴呈垂直状。
3.根据权利要求2所述的基于虚实融合实验的搅拌棒套件，其特征是，所述绝缘球为实心球。
4.基于虚实融合实验的搅拌棒套件的使用方法，根据权利要求3所述的搅拌棒套件，其特征是，包括以下步骤：
根据搅动传感器内磁场的方向和实验操作规范，确定感应电动势的正方向；
用所述搅拌棒搅拌液体，测量模块获取导体棒产生的感应电动势，并将该感应电动势传输至控制终端；
根据感应电动势和确定的正方向，控制终端得到搅拌方向和搅拌速度；
判断所述搅拌方向和搅拌速度是否均符合操作规范，并在不符合操作规范时，给出提示。
5.根据权利要求4所述的基于虚实融合实验的搅拌棒套件的使用方法，其特征是，根据所述感应电动势，控制终端得到搅拌方向和搅拌速度具体为:
根据感应电动势的正负，判断搅拌方向；
利用下式计算搅拌速度
Figure FDA0002965346490000021
式中，EV为测量模块的读数，θ为磁感线与导体棒运动方向的夹角，L为有效切割长度。
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