我们的实验


物理与电信工程学院 2002级 张孝婴 陈炳锐 谭治良

忘不了那一刻:“现在宣布微小质量测量组一等奖名单……六号,华南师范大学陈炳锐等……”时间凝固在这一秒钟,我们的手紧紧地握着,呼吸停止了,情不自禁的尖叫,发自内心的喜悦……我们的心情,又岂是“喜悦”二字能够形容?
多少个日日夜夜,我们以广东省第七届大学生物理实验设计大赛为目标,尽心竭力、呕心沥血的完成了参赛作品——实用电子秤的制作。如今,辛勤的劳动终于取得了累累的硕果。丰收的心,此刻百感交集……回想起那一段从探索、求知、创造到收获的漫漫长路,才发现,我们的足迹已经深深地刻在成长的道路上了。

探索,我们携手向前
是机缘巧合,也是顺理成章,我们两个电子一个师范的学生走到了一起。理论上,这是一个最佳的组合,而在实际上,我们也有信心做到最好。经过了认真的思考与讨论,我们选择了微小质量测量的实验题目。为实现最优的资源配置,我们分工合作:陈炳锐负责电路与调试,谭治良负责程序设计,张孝婴负责精细的制作和讲解。这样一粗一细的结合,为实用电子秤的诞生创造了条件。

困难,我们共同面对
前进的道路并不平坦。从选定方案的那天起,大大小小的障碍就接踵而来。
首先是要寻找一个创新的方案。因为现在的质量测量装置都向高精度发展,我们几个非专业人士想出来的方法都已经被人用遍了,怎样才能实现“创新”呢?上网查找,去图书馆翻书,咨询老师……了解到一大堆传感器的原理后,我们有了答案:不用现成的传感器,因为他们价格较高而且原理上难以创新;自制一个传感头,这样既符合了性价比高的要求, 又能在原理上有所突破。
接下来是方案的实现。手工制作传感头,对于微小质量测量来说,无疑是一个挑战。如何才能实现高精度呢?这要靠多次的实验测量,还要有过硬的制作工艺。在材料上,我们充分利用了可以利用的一切物品,如家里带来的木头,捡回来的发泡胶,尘封多年的铜片,头发丝……最后,我们凭着化腐朽为神奇的决心,用最不起眼的材料,做出了高精度、高稳定性的传感头,达到了非常高的性价比。
测量数据的处理需要单片机的技术,可是身处大二的我们,对单片机的应用一无所知,那是一门非常有用可是又让人望而生畏的学科。困难没有是我们却步,反而更加增强了我们战斗的决心。短短的暑假期间,在老师的帮助下,我们把单片机的书啃得滚瓜烂熟,加上不断的实践与应用,两个电子的男生更达到了炉火纯青的地步。成熟的单片机程序终于在久久的酝酿中诞生了,这是我们共同努力的结晶。
在测量装置制作的过程中,由于沟通的不足,我们三个人也发生过一些误解,影响了制作的进度。不过,在合作中建立的友谊是坚不可摧的,我们都很清楚,是共同的目标使我们走到一起的。经过几次敞开心扉的对话,我们又重拾昔日是合作精神,一往无辞地迈向目标,达到了合作无间的境界。

惊喜,我们一起创造
所谓创新,不可以局限在对现有的改良这种线性的思维上。正如超导体的制造并不是在导体中寻找低电阻,而是从绝缘的陶瓷中首先发现的。先破后立,是我们在这次实验中体会最深的一点,它也为我们带来了无限的惊喜。
探头的铜片与托盘的结构是测量质量的核心,一开始,我们使用了铜片直接连接托盘、磁帽在上、线圈在下的方案。这个方案比较简单,但重心的问题一直困扰着我们。加大弹性系数,调整磁帽与线圈位置,改变托盘形状……我们一直围着重心的问题转。然而,在这个毫无头绪的时候,灵感来了:这是唯一的方案吗?可否想出其它的方案,既能避开重心问题,又能提高系统的稳定性呢?就这样,新的探头诞生了,它的结构“面目全非”——托盘通过头发丝连与铜片上,线圈在上,磁帽在下。重心的问题完全解决了!
测量的准确性与标准值有着莫大的关系,磁帽与线圈的位置是关键。曾经,我们想出了大量的方法来保证两者的位置处于固定状态,但一直不理想:不可避免的外界震动会使这精密的仪器发生变动,而再微小的变动对我们的实验都是致命的。在我们的多次尝试中,又一次灵感来了:化不变为变!这是一个大胆的举措,在原理上是行得通的,而实际上是怎样的呢?经过了反复的测试,我们得到了肯定的答案,更想不到的是,我们还利用这一原理,实现了系统的硬件调零功能!不必再惧怕外界震动了,因为我们的电子秤可以精确的调零了!这是发生在学院预赛前一天的事。
在一切都准备好之际,蓄势待发的我们又迎来了新的波涛。就在参加全省比赛的前一天晚上,灵感又一次敲响了我们的大门:旧的程序不够稳定,又可以斟酌的地方!这是阿炳的突发奇想。原本是采用一秒钟定时来测量频率的,可是如果把定时延长到两秒,不就可以提高读数的稳定性吗?说做就做,我们用最短的时间,重新处理数据,大幅度的修改程序,又一次把装置改得面目全非!最后的结果告诉我们,这又是一次正确的尝试!

成功,我们一路奔往
一万年太久,只争朝夕!比赛的一刻终于来了!我们摩拳擦掌,既兴奋又紧张。在场的所有参赛队伍都是有备而战的,要杀出重围,我们要靠实力取胜!
装置原理和特点的演示过程是有惊无险的,这是经过严格训练和反复练习的结果。装置的实际测量中,重现了一点小风波:在第一次测量510毫克物品的时候,由于对规则的误解导致了操作的失误,竟然误测为517毫克!对于比赛要求来说,这是微乎其微的误差,可是对于我们来说,是大大偏离了标准,这是实验以来最大的一次误差!镇定!我们告诉自己,我们是有实力的!自信与实力,使我们顺利地测量了接下来的八个数。我们把电子秤的实力发挥得淋漓尽致,测量误差几乎为零!
可是,尽管如此,“517”依然是我们永远的痛!在接下来的漫长等待中,“517”的阴影依然挥之不去。虽然老师也努力地尝试为我们争取,我们也为这个机会的到来而从不松懈的准备,可是重测的要求最终还是被拒绝了。不过我们对自己有信心,从来没有放弃过拿奖的希望。
最后,经过了一天的跌宕起伏,期待已久的一等奖,终于向我们招手了……

师恩,我们铭记心中
要取得成功,绝不是轻而易举的事,这要靠我们长期以来的努力。同时,老师对我们的从不计较得失的帮助,也为我们指引了前进的方向,扫清的前进的障碍。
我们对单片机一窍不通,老师就里有自己的休息时间,加班加点的指导我们;我们不熟悉传感器、振荡电路,老师就找来课本和我们一起学习;我们缺少实验器材和制作材料,老师就帮我们找;我们毫无头绪的时候,老师也给提出我们宝贵的意见,帮助我们走上正轨……不仅如此,从老师的身上,我们还学会了许多做人的道理,如何克服困难,如何与人相处,如何为未来作准备……这不正是我们一直向往的“良师益友”吗?

“这样都经受不了,怎样去比赛?”这句“名言”陪伴我们走过了差不多半年的实验过程。这半年以来,我们有过很多的牺牲,也经历过了痛苦无助的日子。可是现在想起,那过去的点点滴滴都是甜美的,努力的过程是美好的,努力成果是芳香的!人,总是在锻炼中才能成长起来。

附:装置简介
本系统针对微小质量固体的测量而设计制作,取名为:实用电子秤。装置主要由质量—电感—频率传感电路、信号处理与单片机显示电路组成,测量范围从1~600毫克,分辨力为1毫克。本装置的最大特色,是最低的成本、最简单的电路与结构,实现微小质量的精确测量。它以自己的特色实现了对微小质量的高精度测量,在此基础上,还比要求扩展了测量范围,并且具有操作的简便、抗干扰能力强、可靠性高等显著特点,具有较大的推广和应用价值。