CN112216191A - 一种物理实验光学装置 - Google Patents

Abstract

一种物理实验光学装置，它涉及物理教具技术领域；它包含底座组件、角度盘、射灯组件、摄像头组件、调节组件；所述角度盘插放在底座组件的上方，所述射灯组件上设置有磁铁，与角度盘吸附连接，所述摄像头组件安装于底座组件的背面，所述调节组件设于底座组件上，与摄像头组件连接。本发明能实时监测，数据可靠，操作简单，可对采集的图像进行保存分析，实时给定实验分数的物理实验光学装置。

Description

一种物理实验光学装置

技术领域

本发明涉及物理教具技术领域，具体涉及一种物理实验光学装置。

背景技术

物理是一门以观察和实验为基础的自然科学，物理学的实验基础、理论体系及研究方法在学生智能结构的发展中占有非常重要的地位。由于物理本身比较抽象，如若能在物理实验教学中培养学生的发散思维和创造能力，则对学生认知能力的提高，创造能力的萌发都将起着强有力的作用，因此很多学生专门设置了物理实验课程，在学生对相关物理元器件的操作过程中，提高了学生对相关元器件的认知能力和动手能力，进而提高了学生对物理课程的兴趣。

物理实验中光的反射一种光学现象。指光在传播到不同物质时，在分界面上改变传播方向又返回原来物质中的现象。在物理实验其中一个的光学实验中，则通过底座、角度盘、射灯、镜子来构成物理实验的光学装置，学生通过射灯射向镜子形成反射光，在角度盘上形成不同的角度光束，从而对反射定律进行验证。在物理实验光学考试中，则是由老师观察学生的操作，从而来评定物理实验分数。

目前大多的光学实验，存在以下问题：

①物理实验光学考试中，需由老师观察学生的操作，来给定实验分数，评分效率低，且存在误判的可能性；

②物理实验中射灯的射线角度，只能通过人眼判别，无法通过智能的方法检测；

③物理实验光学考试的，镜子是否放到准备的位置，只能通过人眼判别，无法通过智能的方法检测。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单、设计合理、使用方便的物理实验光学装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：它包含底座组件、角度盘、射灯组件、摄像头组件、调节组件；所述角度盘插放在底座组件的上方，所述射灯组件上设置有磁铁，与角度盘吸附连接，所述摄像头组件安装于底座组件的背面，所述调节组件设于底座组件上，与摄像头组件连接。

所述底座组件呈长方体形状，包括底座、第一反射镜、第二反射镜、开关、USB接口、盖板、电路板；所述的底座包括第一反射镜安装位、-第二反射镜安装位、开关安装位、USB安装位、盖板安装孔、电路板安装孔、摄像头走线槽、线缆走线槽、角度盘卡槽；所述第一反射镜安装位、第二反射镜安装位和调节组件安装位上分别设有一凹台，第一反射镜、第二反射镜和调节组件分别嵌入安装在凹台内；所述开关安装位安装有开关；所述USB安装位安装有USB接口，所述底座与盖板通过盖板安装孔固定连接，所述底座与电路板通过电路板安装孔固定连接，所述摄像头走线槽设于底座下部，呈U字型，摄像头组件上的摄像头的线缆卡合在摄像头走线槽上，所述线缆走线槽设于底座下部，呈U字型，开关、USB接口和电路板的线缆卡合在线缆走线槽上；所述角度盘卡槽呈一长条形开口，设于底座的两侧，角度盘插设于角度盘卡槽内。

所述第一反射镜包括座子、镜子、第一磁铁；所述座子呈U字型，两端凸起，中间凹下，中间有一圆孔，所述镜子粘合在座子的凹位内，上表面与座子的上表面平齐，所述第一磁铁为圆环形，安装于座子中间的圆孔内。

所述电路板呈长方形，包括基板、磁传感器、电路板螺孔；所述基板为电路板的基体，所述基板上焊接有磁传感器，所述底座通过电路板螺孔和螺栓与电路板固定装配。

所述角度盘包括角度盘本体、原点、中心线、角度线、角度数。所述角度盘本体呈大半圆形。所述原点为角度盘本体的圆心。所述中心线为在原点中心向四边伸展的中心线，呈水平和垂直90度。所述角度线为刻度线，把角度盘按角度的每一度进行平分，每一度的角度均用角度线表示。所述角度数为数字形式，在角度盘上每10度均有对应的角度数表示。

所述射灯组件包括射灯下盖、射灯上盖、第二磁铁、第一射灯、第二射灯。所述射灯下盖包括第二磁铁安装位、第一射灯安装位、第二射灯安装位、线卡、上盖安装孔。所述第二磁铁安装位呈圆环形内凹一定的深度，其内安装第二磁铁，所述第一射灯安装位和第二射灯安装位呈圆筒形，有一定的深度，其内安装第一射灯和第二射灯，第一射灯与第二射灯的安装角度一致，所述线卡为第一射灯和第二射灯线缆的出线位置，所述用于射灯上盖与射灯下盖通过上盖安装孔和螺栓固定安装；所述射灯上盖与射灯下盖通过上盖安装孔装配后形成一体；所述第二磁铁呈圆柱体，嵌入安装在第二磁铁安装位内；所述第一射灯和第二射灯安装在第一射灯安装位和第二射灯安装位上，其安装角度一致，所发射出来的射线角度也为一致。

所述摄像头组件包括摄像头和摄像头支架；所述摄像头支架上部安装摄像头，下部与调节组件卡合固定在一起，摄像头支架包括滑槽、调节孔、凸起。所述滑槽呈内凹状，摄像头滑动连接在滑槽内，所述调节孔由一系列的孔位组成，孔位呈左右对称的关系，通过螺栓在不同孔位与摄像头固定连接。

所述调节组件包括前后调整旋钮、左右调整旋钮、旋转旋钮、夹紧旋钮、定位槽。所述摄像头组件上安装有前后调整旋钮和夹紧旋钮；所述摄像头上安装有左右调整旋钮和旋转旋钮；所述定位槽为一凹槽，与凸起扣合。

采用上述结构后，本发明产生的有益效果为：

1、物理实验光学考试中，老师只需要给学生定下考试内容后，学生操作相关的器件，然后通过USB连接到后台的处理设备，后台设备采集回来的摄像头图像信息，一方面可以保存在设备上，另外一方面可以对图像进行图像识别分析处理，从而可以从后台知道学生的操作是否准确，每个步骤的分数是否能获取，学生提交后，考试结束，即可马上知道该学生考试的分数，实现了对整个光学装置的实时监控及智能操作。大大的提高了物理实验的考试效率，也减少了老师重复单调的评分工作，减少了成绩误判的可能性；

2、物理实验光学考试中，通过电路板是否有磁感应来判别镜子是否放到对应的位置，从而可以判断学生的操作是否符合要求，因为通过后台的程序来给定物理实验成绩，取代人为肉眼给定成绩的传统做法；

3、本物理实验装置在不改变现有传统物理实验光学装置的外形和结构，对光学实验进行了智能化的升级，达到智能监控的目的，优化后不影响学生操作元器件的步骤和习惯；

4、射灯组件采用了双射灯的结构，第一射灯在角度盘的前端，学生可以观察到射线的方向，第二射灯的射线方向与第一射灯方向一致，位于角度盘的后端，摄像头采集到的第二射灯的射线方向与第一射灯的射线方向一致，从而可以分析到第一射灯的射线角度是否准备；

5、摄像头组件放置在角度盘的背后，不影响学生在角度盘前端对其他部件的操作；

6、调整组件可以对摄像头的位置进行前后、左右、上下、角度的微调，从而可以让摄像头更采集到更清晰的图像进行分析处理。

附图说明

图1是本发明的结构图；

图2是本发明另一个方向的结构图；

图3是本发明底座组件的装配结构图；

图4是本发明底座组件的分解结构图；

图5是本发明底座的结构图；

图6是本发明底座的内部结构图；

图7是本发明第一反射镜的结构图；

图8是本发明电路板的结构图；

图9是本发明角度盘的结构图；

图10是本发明射灯组件的结构图；

图11是本发明射灯组件的内部结构图；

图12是本发明摄像头的结构图；

图13是本发明调节组件的结构图。

具体实施方式

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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

参看如图1——图13所示，本具体实施方式采用如下技术方案：它包含底座组件1、角度盘2、射灯组件3、摄像头组件4、调节组件5；所述角度盘2插放在底座组件1的上方，所述射灯组件3上设置有磁铁，与角度盘2吸附连接，所述摄像头组件4安装于底座组件1的背面，所述调节组件5设于底座组件1上，与摄像头组件4连接。

所述底座组件1呈长方体形状，包括底座11、第一反射镜12、第二反射镜13、开关14、USB接口15、盖板16、电路板17；所述的底座11包括第一反射镜安装位111、-第二反射镜安装位112、开关安装位114、USB安装位115、盖板安装孔116、电路板安装孔117、摄像头走线槽118、线缆走线槽119、角度盘卡槽110；所述第一反射镜安装位111、第二反射镜安装位112和调节组件安装位上113分别设有一凹台，第一反射镜12、第二反射镜13和调节组件5分别嵌入安装在凹台内；所述开关安装位114安装有开关14；所述USB安装位115安装有USB接口15，所述底座1与盖板16通过盖板安装孔116固定连接，所述底座1与电路板17通过电路板安装孔117固定连接，所述摄像头走线槽118设于底座11下部，呈U字型，摄像头组件4上的摄像头的线缆卡合在摄像头走线槽118上，所述线缆走线槽119设于底座11下部，呈U字型，开关14、USB接口15和电路板17的线缆卡合在线缆走线槽119上；所述角度盘卡槽110呈一长条形开口，设于底座11的两侧，角度盘2插设于角度盘卡槽110内。

所述第一反射镜12包括座子121、镜子122、第一磁铁123；所述座子121呈U字型，两端凸起，中间凹下，中间有一圆孔，所述镜子122粘合在座子121的凹位内，上表面与座子121的上表面平齐，所述第一磁铁123为圆环形，安装于座子121中间的圆孔内。

所述第二反射镜13设于第二反射镜安装位112内，为一镜子，当有灯光射线沿着第二反射镜成一定的角度射入时，由于物理反射的原理，射线可以从第二反射镜成一定角度反射到另外一个方向。所述开关14设于开关安装位114内，与电路板17电连接，起到控制整个物理实验装置启停的作用。所述USB接口15设于USB安装位115，通过螺栓与底座11固定装配在一起。所述盖板16呈长方形，位于底座11的下部，通过盖板安装孔116与底座11固定装配。

所述电路板17呈长方形，包括基板171、磁传感器172、电路板螺孔173；所述基板171为电路板17的基体，所述基板171上焊接有磁传感器172，所述磁传感器172用于检测其上方及周边区域是否有磁性，进而作出信号逻辑判断，所述底座11通过电路板螺孔和螺栓与电路板17固定装配。

所述角度盘2包括角度盘本体21、原点22、中心线23、角度线24、角度数25。所述角度盘本体21呈大半圆形，材质为带有磁性的材质，具体材质不限，其前后均印有图案一致的角度标识，也就是说角度盘2的前后两面均印有图案一致的角度标识。所述原点22为角度盘本体21的圆心。所述中心线23为在原点22中心向四边伸展的中心线，呈水平和垂直90度。所述角度线24为刻度线，把角度盘2按角度的每一度进行平分，每一度的角度均用角度线24表示。所述角度数25为数字形式，在角度盘2上每10度均有对应的角度数25表示，通过原点22，中心线23，角度线24，角度数25在角度盘本体21的图案印刷，形成角度盘2有机的一个整体。本示例角度盘2为一整片的整体，另有示例角度盘2沿着中间的中心线23切开，左右两边可以通过合页对折为四分之一个圆，此示例也在本发明的保护范围内。

所述射灯组件3包括射灯下盖31、射灯上盖32、第二磁铁33、第一射灯34、第二射灯35。所述射灯下盖31包括第二磁铁安装位311、第一射灯安装位312、第二射灯安装位313、线卡314、上盖安装孔315。所述第二磁铁安装位311呈圆环形内凹一定的深度，其内安装第二磁铁33，所述第一射灯安装位312和第二射灯安装位313呈圆筒形，有一定的深度，其内安装第一射灯34和第二射灯35，第一射灯34与第二射灯35的安装角度一致，所述线卡314为第一射灯34和第二射灯35线缆的出线位置，所述用于射灯上盖32与射灯下盖31通过上盖安装孔315和螺栓固定安装；所述射灯上盖32与射灯下盖31通过上盖安装孔315装配后形成一体；所述第二磁铁33呈圆柱体，嵌入安装在第二磁铁安装位311内；所述第一射灯34和第二射灯35安装在第一射灯安装位312和第二射灯安装位313上，其安装角度一致，所发射出来的射线角度也为一致。

所述摄像头组件4包括摄像头41和摄像头支架42；所述摄像头41可以对当前的图像进行录像，并可以把图像信息通过线缆传输到后台的设备进行分析处理。所述摄像头支架42上部安装摄像头41，下部与调节组件5卡合固定在一起，摄像头支架42包括滑槽421、调节孔422、凸起423。所述滑槽421呈内凹状，摄像头41滑动连接在滑槽421内，所述调节孔422由一系列的孔位组成，孔位呈左右对称的关系，通过螺栓在不同孔位与摄像头41固定连接。

所述调节组件5包括前后调整旋钮51、左右调整旋钮52、旋转旋钮53、夹紧旋钮54、定位槽55。所述摄像头组件4上安装有前后调整旋钮51和夹紧旋钮54；所述摄像头41上安装有左右调整旋钮52和旋转旋钮53；所述定位槽55为一凹槽，与凸起423扣合。

本具体实施方式工作时，首先把角度盘2***到角度盘卡槽110内，然后把第二反射镜13放入到第二反射镜安装位112内，把摄像头组件4放置在调节组件5的定位槽55内，旋转夹紧旋钮54，把摄像头组件4卡紧在定位槽55内，把摄像头41的线缆卡紧在摄像头走线槽118内，沿着摄像头走线槽118到底座11外，与外部设备相接，外部的设备的USB采集线缆也与USB接口15相接，射灯组件3的线缆也与外部设备相应的接口相接。此时满足物理实验光学装置是安装需求。

接着启动外部设备，按下开关14，启动物理实验光学装置，摄像头41工作，此时在外部设备的显示屏上可以看到摄像头41前的图像，为角度盘的图像，如显示的图像不清晰，可以旋转前后调整旋钮51调整摄像头前后的位置，旋转左右调整旋钮52调整摄像头左右的位置，旋转旋转旋钮53调整摄像头的旋转角度，然后在外部设备的显示屏上确认角度盘图像清晰且可以识别图像信号为止，此时达到可以对摄像头位置调整的目的。

在物理实验光学实验操作时，学生按动开关14启动物理实验光学装置，然后把第一反射镜12放入到第一反射镜安装位111内，接着拿起射灯组件3，利用射灯组件3上的第二磁铁33的磁性，把射灯组件3贴附在角度盘2靠摄像头的一侧，把第一射灯34和第二射灯35呈垂直方向成一定的角度，让第一射灯34和第二射灯35的射线光沿着第一反射镜12和第二反射镜13反射到另外的一个方向，射线形成反射角度，此时摄像头41采集到角度盘2上带有射线的图像信息，图像信息通过线缆传递到外部设备进行保存和分析，通过外部设备的分析，可以判断学生的操作是否符合实验规范，可以判断学生的操作是否合格，从而在外部设备上根据学生的操作来给学生对应实验分数，实现了物理实验光学装置的实时监控及智能评分。

需要提出的是，第一反射镜12下有第一磁铁123，学生把第一反射镜12放入到底座11时，可以通过电路板17上的磁传感器173判断是否有磁型号，从而判断学生是否把第一反射镜12放到准确的位置。

需要提出的是，在外部设备的显示屏上，在学生操作物理实验装置时，可以实时看到摄像头的图像信息，也就是可以看到学生的操作信息，可以看到射线的反射角度，在学生操作结束时，根据外部设备后台的已经设定的评分标准，可以实时给出学生该次操作的实验分数。如学生对分数有异议时，可以在外部设备上回放当时操作过程的视频，来通过视频监控判断是否有误判成绩的情况。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种物理实验光学装置，其特征在于：它包含底座组件、角度盘、射灯组件、摄像头组件、调节组件；所述角度盘插放在底座组件的上方，所述射灯组件上设置有磁铁，与角度盘吸附连接，所述摄像头组件安装于底座组件的背面，所述调节组件设于底座组件上，与摄像头组件连接，所述底座组件呈长方体形状，包括底座、第一反射镜、第二反射镜、开关、USB接口、盖板、电路板；所述的底座包括第一反射镜安装位、-第二反射镜安装位、开关安装位、USB安装位、盖板安装孔、电路板安装孔、摄像头走线槽、线缆走线槽、角度盘卡槽；所述第一反射镜安装位、第二反射镜安装位和调节组件安装位上分别设有一凹台，第一反射镜、第二反射镜和调节组件分别嵌入安装在凹台内；所述开关安装位安装有开关；所述USB安装位安装有USB接口，所述底座与盖板通过盖板安装孔固定连接，所述底座与电路板通过电路板安装孔固定连接，所述摄像头走线槽设于底座下部，呈U字型，摄像头组件上的摄像头的线缆卡合在摄像头走线槽上，所述线缆走线槽设于底座下部，呈U字型，开关、USB接口和电路板的线缆卡合在线缆走线槽上；所述角度盘卡槽呈一长条形开口，设于底座的两侧， 角度盘插设于角度盘卡槽内。

2.根据权利要求1所述的一种物理实验光学装置，其特征在于：所述第一反射镜包括座子、镜子、第一磁铁；所述座子呈U字型，两端凸起，中间凹下，中间有一圆孔，所述镜子粘合在座子的凹位内，上表面与座子的上表面平齐，所述第一磁铁为圆环形，安装于座子中间的圆孔内。

3.根据权利要求1所述的一种物理实验光学装置，其特征在于：所述电路板呈长方形，包括基板、磁传感器、电路板螺孔；所述基板为电路板的基体，所述基板上焊接有磁传感器，所述底座通过电路板螺孔和螺栓与电路板固定装配。

4.根据权利要求1所述的一种物理实验光学装置，其特征在于：所述角度盘包括角度盘本体、原点、中心线、角度线、角度数，所述角度盘本体呈大半圆形，所述原点为角度盘本体的圆心，所述中心线为在原点中心向四边伸展的中心线，呈水平和垂直90度，所述角度线为刻度线，把角度盘按角度的每一度进行平分，每一度的角度均用角度线表示，所述角度数为数字形式，在角度盘上每10度均有对应的角度数表示。

5.根据权利要求1所述的一种物理实验光学装置，其特征在于：所述射灯组件包括射灯下盖、射灯上盖、第二磁铁、第一射灯、第二射灯，所述射灯下盖包括第二磁铁安装位、第一射灯安装位、第二射灯安装位、线卡、上盖安装孔，所述第二磁铁安装位呈圆环形内凹一定的深度，其内安装第二磁铁，所述第一射灯安装位和第二射灯安装位呈圆筒形，有一定的深度，其内安装第一射灯和第二射灯，第一射灯与第二射灯的安装角度一致，所述线卡为第一射灯和第二射灯线缆的出线位置，所述用于射灯上盖与射灯下盖通过上盖安装孔和螺栓固定安装；所述射灯上盖与射灯下盖通过上盖安装孔装配后形成一体；所述第二磁铁呈圆柱体，嵌入安装在第二磁铁安装位内；所述第一射灯和第二射灯安装在第一射灯安装位和第二射灯安装位上，其安装角度一致，所发射出来的射线角度也为一致。

6.根据权利要求1所述的一种物理实验光学装置，其特征在于：所述摄像头组件包括摄像头和摄像头支架；所述摄像头支架上部安装摄像头，下部与调节组件卡合固定在一起，摄像头支架包括滑槽、调节孔、凸起，所述滑槽呈内凹状，摄像头滑动连接在滑槽内，所述调节孔由一系列的孔位组成，孔位呈左右对称的关系，通过螺栓在不同孔位与摄像头固定连接。

7.根据权利要求1所述的一种物理实验光学装置，其特征在于：所述调节组件包括前后调整旋钮、左右调整旋钮、旋转旋钮、夹紧旋钮、定位槽，所述摄像头组件上安装有前后调整旋钮和夹紧旋钮；所述摄像头上安装有左右调整旋钮和旋转旋钮；所述定位槽为一凹槽，与凸起扣合。

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