物理系学生积极备战全国大学生物理实验竞赛

创建时间:  2020/10/27  林晨亚   浏览次数:   返回

为了实现从认识到实践的第二次飞跃,在实践中培养、提高创新能力、实践能力和团队协作意识,以郭艳群老师为指导教师,宁中锋、刘浩然、吴传易、郭若洋以及张灿宇组成小组在国庆期间决定了报名参加全国大学生物理实验竞赛(创新赛),参赛作品为命题类创新作品中的无线电能传输。经过一番筛选之后,小组决定采用磁耦合谐振式无线电能传输方案。

初期,郭老师、刘浩然搜集到了国内外有关磁耦合谐振式无线输电的论文二十多篇,小组成员通过论文学习实验原理。之后他们找到郭老师详细地探讨了本次实验的具体情况,以高电能传输效率为目标,借鉴论文思路,改进实验方案,设计出了详细的的实验方法,郭老师还解决了实验场地的问题。



10月中下旬,小组开始进入实验室制作实验装置。首先是磁芯的制备,这时遇到了一个难题,购得的软磁材料为一个个小长方体,为了更好地增强磁场,要制作一个柱形磁芯。经过小组协商决定先在桌面上把长方体并列平放一排置,然后用胶带宽松粘贴,再立起来,围成一个圆柱体,首尾相接端用胶带粘牢,在软磁材料上表面涂上AB胶之后,再倒置放在亚克力板上。制备完磁芯之后是线圈的绕制,他们分别绕了两组平面型圆形线圈和柱形线圈。绕制柱形线圈时,由于没有合适的承载物,吴传易同学用手锯将长圆柱管锯成合适的长度用来承载线圈;绕制平面线圈需要边绕边固定,这样才能绕出优质的线圈。宁中锋想出以亚克力板为平面,以圆筒外围为起始圈,绕前在板上贴双面胶的方法,由郭若洋和张灿宇动手实现。大家齐心协力,两人一组一起完成了线圈的绕制,绕完后用胶带再次固定导线。

准备工作完成之后,他们开始了正式的实验。首先是线圈参数的测量,测出线圈电感、电阻、品质因数等参数,由线圈电感得出线圈的谐振频率。之后利用高频逆变电源输出相应频率的交流电,用示波器电压、电流探头测出在不同的轴向距离与径向距离两种线圈以及螺旋线圈加磁芯的电源功率与负载功率。



在此过程中他们又遇到了许多的困难,刚开始时电源没有输出,示波器电流探头没有正常工作,在郭老师的研究生代学长与韩学姐的帮助下解决了这些问题;刚测试时效率并不是很理想,因为真实谐振频率与理论计算谐振频率之间有偏差,他们通过改变频率来测出最高效率得到真实谐振频率,但是这时谐振频率仍不是很高,经过思考之后想到接受端负载的阻值对传输效率的影响也非常大,于是利用网分仪、变阻箱等仪器解决了这个问题。最后用小灯泡来直观地演示无线输电的效果,两个二十瓦的小灯泡被成功点亮并且达到最大亮度。

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为了实现从认识到实践的第二次飞跃,在实践中培养、提高创新能力、实践能力和团队协作意识,以郭艳群老师为指导教师,宁中锋、刘浩然、吴传易、郭若洋以及张灿宇组成小组在国庆期间决定了报名参加全国大学生物理实验竞赛(创新赛),参赛作品为命题类创新作品中的无线电能传输。经过一番筛选之后,小组决定采用磁耦合谐振式无线电能传输方案。

初期,郭老师、刘浩然搜集到了国内外有关磁耦合谐振式无线输电的论文二十多篇,小组成员通过论文学习实验原理。之后他们找到郭老师详细地探讨了本次实验的具体情况,以高电能传输效率为目标,借鉴论文思路,改进实验方案,设计出了详细的的实验方法,郭老师还解决了实验场地的问题。



10月中下旬,小组开始进入实验室制作实验装置。首先是磁芯的制备,这时遇到了一个难题,购得的软磁材料为一个个小长方体,为了更好地增强磁场,要制作一个柱形磁芯。经过小组协商决定先在桌面上把长方体并列平放一排置,然后用胶带宽松粘贴,再立起来,围成一个圆柱体,首尾相接端用胶带粘牢,在软磁材料上表面涂上AB胶之后,再倒置放在亚克力板上。制备完磁芯之后是线圈的绕制,他们分别绕了两组平面型圆形线圈和柱形线圈。绕制柱形线圈时,由于没有合适的承载物,吴传易同学用手锯将长圆柱管锯成合适的长度用来承载线圈;绕制平面线圈需要边绕边固定,这样才能绕出优质的线圈。宁中锋想出以亚克力板为平面,以圆筒外围为起始圈,绕前在板上贴双面胶的方法,由郭若洋和张灿宇动手实现。大家齐心协力,两人一组一起完成了线圈的绕制,绕完后用胶带再次固定导线。

准备工作完成之后,他们开始了正式的实验。首先是线圈参数的测量,测出线圈电感、电阻、品质因数等参数,由线圈电感得出线圈的谐振频率。之后利用高频逆变电源输出相应频率的交流电,用示波器电压、电流探头测出在不同的轴向距离与径向距离两种线圈以及螺旋线圈加磁芯的电源功率与负载功率。



在此过程中他们又遇到了许多的困难,刚开始时电源没有输出,示波器电流探头没有正常工作,在郭老师的研究生代学长与韩学姐的帮助下解决了这些问题;刚测试时效率并不是很理想,因为真实谐振频率与理论计算谐振频率之间有偏差,他们通过改变频率来测出最高效率得到真实谐振频率,但是这时谐振频率仍不是很高,经过思考之后想到接受端负载的阻值对传输效率的影响也非常大,于是利用网分仪、变阻箱等仪器解决了这个问题。最后用小灯泡来直观地演示无线输电的效果,两个二十瓦的小灯泡被成功点亮并且达到最大亮度。

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