大学物理实验中全息干版自动存取装置研究

一、前言
　　全息干版是“全息照相”实验中记录被摄物体图像信息的必备材料,其表面感光乳剂的光敏度高,容易曝光而报废。全息干版须在暗室中切割后应用于教学,而小块干版在逐片封包、存放、上课时取出、拆封、分发等过程不够便捷,且易曝光而造成实验失败。
　　据对国内地方大学进行调查及网上查询,切割后的全息干版没有成品存储设备。“全息干版自动存取装置的研制”力求解决这一问题并填补这一项空白。
　　二、总体设计目标
　　以快捷的方式实现切割后全息干版的存储,以简捷的方式实现小块干版的提取和使用。减少暗室中全息干版的传递和转移环节,确保干版安全有效,提高“全息照相”实验效率和成功率。
　　三、总体设计方案
　　结构上以两同心圆侧板绕定轴旋转为主要思路,并形成存储盘,利用非平衡杠杆实现容器内外干版交接和放置到位,以此为动力源,带动折叠杠杆拨动存储盘齿轮,结合金属弹片实现干版存储盘的逐位旋转、定位等驱动控制,形成干版有序存储。通过推杆开启存储盘底盖,干版受重力作用而下滑,通过出口,实现提取。
　　四、方案实施
　　图1 非平衡杠杆
　　由于没有任何资料可供参考,方案的实施只有在探索中进行,从总体到局部、从结构设计到具体制作、从材料选择到制作效果等等所有过程中经历多次失败和反复,在不断的设计、制作、安装、调试、试验、改进、替换、重复与思考等实践过程中锻炼自己,推动项目研究的发展。
　　1.利用非平衡杠杆实现干版交接
　　非平衡杠杆安装于存储盘圆心位置,如图1所示,全息干版从顶板入口处插入,落入干版交接舱,这时,杠杆失去平衡,由于动力臂端点位于交接仓质心右侧,则杠杆以图示方向旋转;干版交接舱上平面及左侧面均无挡板,当杠杆旋转到一定角度时,干版自动滑落,选择合适的杠杆动力臂长度、重物质量及干版下落的方位,使加入干版后杠杆能够自动旋转且能够进入存储盘空格内。
　　2.存储盘
　　图2 干版存储盘杆
　　用宽约43mm的硬质塑料板围城两个直径分别为175mm和165mm的同心圆,绕同一定轴旋转。在两个同心圆之间等间隔分成24等分(或72等分),圆上、下侧均安装分隔木杆,同时起支撑作用,圆上方分隔木杆一端露出大圆之外5mm,兼作为外圆轮齿;每个分隔空格底面以下分隔木杆为转轴安装水平挡板,形成“门”效应,其活动边一端用弹簧(或皮筋)拉紧,其松紧程度以干版落入时“门”不被冲开为度,靠推杆推动打开“门”,干版可以滑出,实现干版提取;靠推杆恢复弹力带动存储盘转动,为下一块干版的提取做准备。内圆板下方边沿三等分处安装三个滚轮,内圆直径位置安装撑板以防止圆环形塑料板变形,并在撑板圆心位置打孔,使干版存储盘绕圆心作定轴旋转。存储盘基本形状如图2所示。
　　3.利用折叠杠杆实现干版存储盘的逐位旋转、定位与驱动控制
　　图3 折叠杠杆
　　折叠杠杆是以杠杆末端——折叠拨杆可以弯折而得名,如图3所示,折叠拨杆即图中的三角棱体,它与杠杆主体是分离的,但右侧面相连。当杠杆沿动力方向转动时,折叠拨杆将拨动外圆轮齿,结合金属卡丝作用,使存储盘单向转动一格并定位。当动力消失时,杠杆在弹簧弹力作用下恢复原位,折叠拨杆在外圆轮齿处弯折,越过轮齿,恢复初始状态。
　　杠杆动力来自前述非平衡杠杆,当干版脱离交接舱时,非平衡杠杆在“重物”重力作用下恢复原位,具有一定的动能和势能,利用这一能量,通过连接线,拉动折叠杠杆,实现存储盘的驱动
　　4.利用磁效应原理实现干板存、取数据非接触同步显示
　　容器形状呈圆筒形。存储盘绕定轴转动,其外圆壁紧靠容器边缘,在起始空格位安装磁铁,对应容器外侧壁安装磁铁并加装滚轮,当存储盘旋转时,因磁力作用,容器外侧磁铁将同步移动,在对应位粘贴数字标签,显示存入及取出干版数量。
　　5.完成装置密封,阻止杂光射入
　　顶板:干版插入口——滑板密封
　　推杆孔隙——折叠可伸缩材料密封
　　底板:干版出口——滑板密封
　　容器侧壁:按钮孔隙——折叠可伸缩材料密封
　　五、总结
　　全息干版自动存取及计数装置的研制,严格按照项目计划书实施,完成针对装置提出的各项功能要求,经过不断改进和进一步完善,装置完全可以应用于实验教学,解决教学中存在的实际问题。
　　图4 存储器内部构造图
　　在装置研制过程中,许多意想不到的困难和问题接踵而来,在设计的合理性、制作的可行性、材料的可用性、效果的独到性等方面都要进行认真细致的思考和反复试验,因装置全部由手工制作,最困难的是制作精度和材料选择,每解决一个问题,都是一个欣喜;每克服一个困难,都使我们对完成研制工作增添一份信心。
　　通过科技创新实践活动,学到了许多解决实际问题的思维方法和实用的制作方法,切实锻炼和提高了动手能力及解决问题能力,也感受到科学研究所带来的启迪心智之欣喜和成功之喜悦,提高了学习兴趣和对科研工作的认识,受益匪浅。
　　
　　参考文献:
　　[1]王斌科,傅振堂.大学物理实验[M].西北大学出版社,2010.
　　[2]肖井华,蒋达娅.大学物理实验教程[M].北京邮电大学出版社,2008.
　　注:本文为陕西师范大学勤助科研创新项目,项目编号:QZZD10046。