气垫导轨上碰撞瞬间的测量 碰撞过程的瞬态数字测量，把力传感器和现代数字测量技术结合起来，用以实现冲击力的时间历程的数字测量它既是基础训练的综合实验装置，也是一个实用性很强的通用仪器力传感器，电荷放大器和瞬态采集系统可广泛用于一般力学测量，冲击和振动研究 【实验目的】 1. 学会气垫导轨的原理和调整，挡光板和光电计时器的原理，瞬时速度的测量以及数字毫秒计的使用 2. 获得碰撞发生时，冲击力随时间变化过程的物理图象，加深对动量、碰撞、冲量等基本概念的认识 3. 得到从压电原理、传感器结构、信号调制等现代传感器技术的初步训练 4. 通过瞬态信号的记录以及它与实际物理量的转换关系的研究，体会数字技术的特点和优越性 5. 通过编写简单程序，培养使用计算机进行实验数据处理的能力 【实验原理】 碰撞和冲击通常是一个很短暂的时间过程，质点在碰撞前后的动量变化服从动量定理： （ 1） ∫=−tdttFmvmv00)(传统的气垫导轨实验装置不能用来进行动量定理的实验测定和验证，主要困难是不能进行冲击力的变化过程的瞬态测量本系统采用压电晶体做成的力传感器完成力电信号的转换，并经电荷放大器将其转化为电压输出。
我们只要测得电荷放大器的输出电压 V（t ），就可以知道碰撞过程中冲击力随时间的变化关系 F（t ）即： V（t ）=GS0F（t ）， GS0为转换系数 实验中获得的冲击力波形如图所示，它类似一个半正弦波为了便于大家理解瞬时冲量的计算，下面给出一组实测得到的数据及处理方法 动量测量部分： 滑块上挡光杆间距ΔL=1.000cm 滑块质量 M=0.2206Kg 碰撞前滑块通过光电门的挡光时间Δt1=33.12ms 1图 冲击力瞬态波形信号的零电平正斜率触发点负斜率触发点触发电平偏置电平零电平冲击力波形碰撞后滑块通过光电门的挡光是Δt2=43.90ms 由此可以算出碰撞前后的动量改变量为： sKgmttLMMv )5(1168.0)11()(21=Δ+ΔΔ=Δ 冲击测量部分： 传感器灵敏度S0=4.00PC/N，板卡编号为 0 电荷放大器灵敏度 Q=0.1N/Unit，电压放大倍数 K=1.0； 触发电平：1.0V ，偏置电平：-2.0V 触发方式：内触发、正斜率、零位调整为中点； 采样长度： 1000，提前量： 200，采样速率ΔT=20 μs，上限频率： 5000HZ，翻转波形√（选中）。
采集得到的冲击瞬态波形如图所示数值积分计算结果为： sKgmXKQTdttFi)1(1189.01025651)(6=×Δ=∑∫−（5 ） 比较动量变化和冲量的计算结果，两者的百分差为： %7.111891.000685.011891.0=−（5 ）式中“ 5”来自A/D 采样的动态范围±2.5v ；“ 256”来自A/D 的分辨率 8bit， 256=28；Xi是冲击波形的采样值减去零电平的（电压）差值 【实验内容】 1. 调节气垫导轨水平，并调整光电门处于待测状态测出滑块质量 2. 开启计算机，在桌面上点击“碰撞过程的瞬时测量”，输入姓名，学号确定后，按 F2 设置参数，（参数已设置好，按“下一步”默认即可）参数设置完毕，点击“完成”，计算机进入自动采集程序 3. 给滑块一个速度，让滑块与力传感器碰撞此时计算机屏上给出一幅冲击力波形满意后，输入滑块的动量参数，并加以保存 4. 保存后在“文件”栏内点击“导出文件”项导出一个文本文件，用于进行冲击测量部分和动量测量部分的数据处理这时会弹出一个对话框，选择保存路径和文件名 25.数据保存后，可用软盘复制便于回去进行数据处理 6．实验中有四个不同材料的碰撞头，可供选择。
实验要求对不同的碰撞头都进行测量，并加以比较分析。