Учебная многофункциональная измерительная система

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2784200:

Поваляев Олег Александрович (RU)

Изобретение относится к учебным приборам и экспериментальным установкам с измерительными модулями и использованием деталей детских конструкторов и касается конструкции съёмного многофункционального измерительного модуля, предназначенного для соединения с передающим электронным устройством и деталями детских конструкторов, применяемых в обучающих играх, опытах, экспериментах. Изобретение может быть использовано при изучении физики, химии, биологии, механики, электроники, робототехники и др. Изобретение представляет собой учебную многофункциональную измерительную систему, включающую измерительный модуль с корпусом в виде основания с крышкой, электронной платой и элементами механического и электрического присоединения к электронному передающему устройству и измерительному модулю, в которой измерительный модуль выполнен многофункциональным, а электронное передающее устройство выполнено мобильным, при этом элементы механического соединения корпуса измерительного модуля и мобильного электронного передающего устройства выполнены в виде соединительных элементов кругло-штыревого типа, расположенных в торцевой зоне крышки измерительного модуля и взаимодействующих с соединительными элементами обратного типа, расположенных в торцевой зоне мобильного электронного передающего устройства, причём крышка корпуса многофункционального измерительного модуля снабжена углублениями квадратно-штыревого типа. Корпус измерительного модуля снабжён неподвижными вкладышами, размещёнными на его боковых сторонах и предназначенных для установки сенсоров. Измерительная система снабжена переходниками соединительных элементов корпуса многофункционального измерительного модуля. Это обеспечивает повышение универсальности учебной многофункциональной измерительной системы, упрощение её сбора и использования с деталями детских конструкторов при проведении опытов и экспериментов и визуализации получаемых результатов. 2 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к учебным приборам с использованием измерительных модулей и деталей детских конструкторов, касается конструкции съёмного многофункционального измерительного модуля, предназначенного для соединения с передающим электронным устройством, деталями детских конструкторов, учебными приборами и экспериментальными установками, применяемыми в обучающих играх, опытах, исследованиях. Изобретение может быть использовано при изучении физики, химии, биологии, механики, робототехники и др.

Из области техники известен датчик (измерительный модуль), включающий разъемный корпус, в котором установлена электронная плата, чувствительный элемент, установленный в специальном отверстии корпуса и связанный с электронной платой, при этом корпус имеет разъем для соединения с интерфейсным кабелем компьютера, отверстие с гайкой для крепления корпуса и магнитную полосу на его нижней плоскости (см. патент на полезную модель RU № 93565, кл. G09B 23/00, опубл. в 2010 году). Корпус такого датчика (измерительного модуля) является удобным для размещения в нем чувствительного элемента и проведения разных измерений. Однако в современных условиях проведение лабораторных работ предполагает использование измерительного модуля в мобильном варианте, эргономика известного датчика не даёт возможности использовать его в таком варианте.

Известна игрушка-конструктор, содержащая сенсорный сборочный элемент с соединительными средствами кругло-штыревого типа и датчиком, реагирующим на внешнее физическое воздействие (см. патент RU № 2397000, патентообладатель ЛЕГО А/С (DK), кл. A63H 33/04, опубл. в 2010 году). Этот конструктор имеет значительные развивающие возможности за счет комбинирования различных сборочных деталей с соединительными элементами типа «Лего». Элементы конструктора имеют одинаковую механическую природу, позволяют образовывать кинематические или электрические цепи.

Известен шестигранный блок детского конструктора с квадратно-штыревыми соединительными элементами (см. патент на изобретение RU № 2596742, патентообладатель АРТЕК КО., ЛТД. (JP), кл. A63H 33/08, опубл. в 2016 г.). В отличие от Лего в этом конструкторе предусмотрены иные виды соединительных элементов, не совместимые с другими соединительными элементами.

Известен монтажный блок с серводвигателем для детского конструктора типа «Артек» (см. патент ES2752126, патентообладатель АРТЕК КО., ЛТД. (JP), кл. A63H 33/04, опубл. в 2020 г.). Монтажный блок с серводвигателем включает основной корпус с квадратно-штыревыми соединительными элементами, имеющими выступ или утопленную часть, серводвигатель, вращающийся вал, приводимый во вращение серводвигателем. Монтажный блок с серводвигателем может быть присоединен к другому сборочному блоку путем использования квадратно-штыревых соединительных элементов. Монтажный блок с серводвигателем также включает в себя поворотный блок, который выполнен в виде многогранника, имеет на своей поверхности квадратно-штыревые соединительные элементы, и закреплен на одном конце вала вращения.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является исследовательский модуль, включающий монтажную плиту с подвижной кареткой, связанной с электродвигателем, измерительный прибор с сенсорным элементом, связанный с системой управления измерениями, причем измерительный прибор снабжен радиоканалом для беспроводной передачи данных, USB-портом для подключения внешних устройств и аналоговым выходом для подключения к плате открытой архитектуры (см. патент РФ № 2732799, кл. G09B 23/14, опубл. в 2020 году). Этот достаточно сложный исследовательский модуль предназначен для занятий в школах и институтах.

Техническая проблема: детские конструкторы с каждым годом всё более усложняются и совершенствуются. Но их совершенствование в целом носит развлекательный характер. В известных устройствах остаётся нерешенной задача обучения детей в игре: изучение физики, химии, биологии, механики и электроники на одной игровой универсальной базе. При этом учебные многофункциональные измерительные модули и измерительные системы должны быть совместимыми с разными типами конструкторов и их соединительных устройств.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи повышения универсальности учебной многофункциональной измерительной системы, упрощения её сбора и использования с деталями детских конструкторов при проведении опытов и экспериментов и визуализации получаемых результатов.

Решение поставленной технической задачи достигается за счет того, что в учебной многофункциональной измерительной системе, включающей измерительный модуль с корпусом в виде основания с крышкой, электронной платой и элементами механического и электрического присоединения к электронному передающему устройству и измерительному модулю, измерительный модуль выполнен многофункциональным, а электронное передающее устройство выполнено мобильным, при этом элементы механического соединения корпуса измерительного модуля и мобильного электронного передающего устройства выполнены в виде соединительных элементов кругло-штыревого типа, расположенных в торцевой зоне крышки измерительного модуля и взаимодействующих с соединительными элементами обратного типа, расположенных в торцевой зоне мобильного электронного передающего устройства, причём крышка корпуса многофункционального измерительного модуля снабжена углублениями квадратно-штыревого типа. Корпус измерительного модуля снабжён неподвижными вкладышами, размещёнными на его боковых сторонах и предназначенных для установки сенсоров. Измерительная система снабжена переходниками соединительных элементов корпуса многофункционального измерительного модуля.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 схематично изображен съёмный многофункциональный измерительный модуль в сборе с мобильным передающим электронным устройством, в изометрии. На фиг. 2 – то же, передающее электронное устройство. На фиг. 3 – то же, многофункциональный измерительный модуль, в изометрии. На фиг. 4 – то же, крышка корпуса, вид снизу в изометрии. На фиг. 5 – то же, крышка корпуса, вид сверху в изометрии. На фиг. 6 – то же, основание корпуса, вид сверху в изометрии. На фиг. 7 – то же, многофункциональный измерительный модуль в сборе с мобильным передающим электронным устройством и салазками детского конструктора. На фиг. 8 изображён прибор для изучения законов механики с желобом и многофункциональным измерительным модулем. На фиг. 9 изображён многофункциональный измерительный модуль в сборе с сенсорами для изучения биологии. На фиг. 10 изображён многофункциональный измерительный модуль в сборе с сенсорами для изучения физики. На фиг. 11 изображён многофункциональный измерительный модуль в сборе с сенсорами для изучения химии.

Учебная многофункциональная измерительная система со съёмным многофункциональным измерительным модулем, передающим электронным устройством, в соединении с учебными приборами и деталями детских конструкторов, предназначена для применения в развлекательных и обучающих играх в интерактивном режиме, а также для проведения опытов и экспериментов при визуализации получаемых результатов. Она совместима с разными типами конструкторов и их соединительных устройств, проста в сборке и эксплуатации. И может быть использована при изучении физики, химии, биологии и механики, робототехники и других дисциплин за счет возможности комплектации с разными сенсорами.

Учебная многофункциональная измерительная система включает съёмный многофункциональный измерительный модуль 1 (см. фиг. 3) и мобильное электронное передающее устройство 2 (см. фиг. 2). Съёмный многофункциональный измерительный модуль 1 имеет компактный корпус, состоящий из основания 3 и съёмной крышки 4, электронную плату, размещённую внутри основания 3 (на рисунке не показано), и электронные порты с разъёмами 5 и 6. В качестве разъема 5 можно использовать либо micro USB, либо usb type-c. Разъём 6 предназначен для соединения со входом 7 мобильного электронного передающего устройства 2. Разъём 5 предназначен для проводного соединения с любым внешним электронным устройством (компьютер, смартфон, ноутбук и т.д.) - (на рисунке не показано). Внутри основания 3 имеются установочные элементы 9 и 10 для размещения электронной платы (на рисунке не показано), а также пазы с защелками 11 для фиксации крышки 4. Крышка 4 многофункционального измерительного модуля 1 оснащена фиксаторами 12 защелкивающегося типа для взаимодействия с защелками 11 основания 3.

На корпусе многофункционального измерительного модуля (на его боковых сторонах) имеются отверстия 13 для установки неподвижных вкладышей (масок) 14, предназначенных для размещения (установки и закрепления) разъемных соединений 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23 для сенсора 25 измерения температуры окружающей среды, сенсора 26 для измерения температуры тела, сенсора 27 для измерения pH, сенсора 28 для измерения температуры, сенсора 29 для измерения абсолютного давления, сенсора 30 для измерения магнитного поля, сенсора 31 для измерения pH, сенсора 32 для измерения температуры, сенсора 33 для измерения электропроводности (см. фиг. 9, 10 и 11). Сенсоры могут быть установлены на кабелях, если предполагается его использование для замеров показателей на расстоянии от модуля 1. Также сенсоры можно устанавливать без кабелей, как например сенсор 29 (см. фиг. 10), на наружной поверхности модуля 1. Также может быть использовано внутреннее размещение сенсоров, как например, в модуле 1 на фиг. 8, где использован сенсор ускорения, расположенный на электронной плате (на рисунке не показано).

Передняя торцевая панель крышки 4 многофункционального измерительного модуля 1 снабжена соединительными элементами 35 кругло-штыревого типа для взаимодействия с соединительными элементами 36 обратного типа электронного передающего устройства 2. При взаимодействии соединительных элементов 35 и 36 получают прочное устойчивое фрикционное соединение за счет касания, как минимум, по трем плоскостям каждого штыря с противолежащим штырём. Верхняя панель крышки 4 снабжена несколькими углублениями 37 квадратно-штыревого типа для взаимодействия с выпуклостями 38 квадратно-штыревого типа деталей детского конструктора. Например, собранные в виде салазок 39 (см. фиг. 7) детали конструктора установлены на наружной поверхности крышки 4 многофункционального измерительного модуля 1 с помощью углублений 37 квадратно-штыревого типа, взаимодействующих с выпуклостями 38 квадратно-штыревого типа деталей конструктора с салазками 39. Углубления 37 квадратно-штыревого типа взаимодействуют с выпуклостями (штырями) 38 по нескольким плоскостям, обеспечивая устойчивое и прочное фрикционное соединение. Для тех ситуаций, когда надо стыковать узлы и детали с разными типами штыревых соединений, используют переходники (на рисунке не показано), имеющие на своих гранях разные типы штыревых соединений.

Такую сборку можно использовать при проведении разных опытов и экспериментов с измерительным модулем 1, например, при взаимодействии с прибором 40 для изучения законов механики, имеющим закрепленный в штативе 41 желоб 42. В желобе 42 размещена учебная многофункциональная измерительная система с измерительным модулем 1, электронным передающим устройством 2 и салазками 39, которые в данном случае предназначены для скольжения вдоль желоба 42. В данной сборке модуль 1 может быть снабжен сенсором ускорения, установленным на электронную плату (на рисунке не показано).

На многофункциональный измерительный модуль 1 могут быть установлены функциональные блоки от деталей детского конструктора, например с сервоприводом (на рисунке не показано). Многофункциональный измерительный модуль 1, изображённый на фиг. 9, предназначен для изучения биологии и имеет сенсоры 25, 26 и 27. Многофункциональный измерительный модуль 1, изображённый на фиг. 10, предназначен для изучения физики и имеет сенсоры 28, 29, 30. Многофункциональный измерительный модуль 1, изображённый на фиг. 11, предназначен для изучения химии и имеет сенсоры 31, 32, 33. Такие измерительные модули 1 можно использовать с различными сборками и приборами, комбинируя их с пассивными элементами - деталями детских конструкторов и электронными передающими устройствами 2.

Учебную многофункциональную измерительную систему используют следующим образом. Основание 3 и съёмная крышка 4 в сборе позволяют устанавливать различные сенсоры на модуль 1 (до пяти и более сенсоров одновременно), как показано на фиг. 9, 10 и 11. Путём взаимодействия соединительных элементов 35 кругло-штыревого типа с соединительными элементами 36 электронное передающее устройство 2 закрепляют на торцевой поверхности крышки 4 модуля 1, при этом вход 7 вставляют в разъём 6 модуля 1, обеспечивая его постоянную электронную связь с внешними электронными устройствами (компьютер, смартфон, ноутбук и т.д.) посредством, например элементов беспроводной связи (на рисунке не показано). Используя углубления 37 квадратно-штыревого типа на поверхности крышки 4, взаимодействующие с выпуклостями (штырями) 38 квадратно-штыревого типа любых деталей конструктора, можно собирать учебные и экспериментальные узлы и устройства разного типа и назначения, как, например, изображено на фиг. 7 и 8.

Учебную многофункциональную измерительную систему можно использовать в школах, средних учебных заведениях, а также дома, снабдив ребёнка подробной инструкцией. Перед проведением экспериментов с учебной многофункциональной измерительной системой детей предварительно нужно ознакомить с основами электроники, робототехники, работы модуля и соответствующего раздела физики, химии и биологии и т.д. Использование при работе с многофункциональной измерительной системой пассивных элементов – деталей конструкторов даёт возможность детям получать не только удовольствие от игры с конструктором, но и теоретические знания, а затем практические навыки в работе с электронной и измерительной техникой.

Таким образом, технический результат, достигаемый с использованием заявленного изобретения, заключается в повышении универсальности учебной многофункциональной измерительной системы, упрощения её сбора и использования с деталями детских конструкторов при проведении опытов и экспериментов и визуализации получаемых результатов.

1. Учебная многофункциональная измерительная система, включающая измерительный модуль с корпусом в виде основания с крышкой, электронной платой и элементами механического и электрического присоединения к электронному передающему устройству и измерительному модулю, отличающаяся тем, что измерительный модуль выполнен многофункциональным, а электронное передающее устройство выполнено мобильным, при этом элементы механического соединения корпуса измерительного модуля и мобильного электронного передающего устройства выполнены в виде соединительных элементов кругло-штыревого типа, расположенных в торцевой зоне крышки измерительного модуля и взаимодействующих с соединительными элементами обратного типа, расположенных в торцевой зоне мобильного электронного передающего устройства, причём крышка корпуса многофункционального измерительного модуля снабжена углублениями квадратно-штыревого типа.

2. Измерительная система по п. 1, отличающаяся тем, что корпус измерительного модуля снабжён неподвижными вкладышами, размещёнными на его боковых сторонах и предназначенных для установки сенсоров.

3. Измерительная система по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена переходниками соединительных элементов корпуса многофункционального измерительного модуля.

Использование: для оценки защиты от воздействия мощного радиочастотного излучателя. Сущность изобретения заключается в том, что учебно-лабораторная установка по оценке эффективности защиты от воздействия простейшего имитатора мощного радиочастотного излучателя на основе магнетрона представляет собой ряд взаимосвязанных между собой технических устройств, таких как простейший имитатор мощного радиочастотного излучателя, устройство для имитации погодных условий, измеритель характеристик имитатора и защиты от его воздействия, при этом для имитации погодных условий имитируется дождь из распылительного устройства, туман при помощи устройства термической возгонки смесей, который распределяется в объеме камеры, через который и проходит радиочастотное излучение, кроме того, для имитации погодных условий также размещаются различные защитные материалы и преграды в пределах рабочего пространства установки и проводятся измерения при помощи измерительного устройства.

Устройство для изучения создания разгонного импульса базы в системе из трех физических тел э.п. цыганова // 2782821

Изобретение относится к области механики. Устройство для изучения создания разгонного импульса базы в системе из трех физических тел: базы - двух жестко связанных между собой, симметрично расположенных, закрытых с торцов направляющих каналов, переходящих с помощью плавных переходов в ортогонально расположенные, закрытые с торцов участки направляющих каналов, при этом база имеет возможность перемещаться по горизонтальной поверхности, опираясь на колеса; а также из двух взаимодействующих с базой, опирающихся на тележки разгонных блоков, оборудованных электродвигателями, обеспечивающими синхронное перемещение разгонных блоков по направляющим каналам, при этом устройство выполнено с возможностью создания разгонного импульса базы в результате ускорений и торможений радиоуправляемых разгонных блоков, а смещение базы оценивают с помощью измерительной шкалы.

Тренажер для изучения гирополукомпаса // 2761381

Изобретение относится к техническим средствам обучения операторов систем управления, а именно, к стендам-тренажерам и предназначено для изучения принципа построения гирополукомпаса. Тренажер содержит блок ввода учебной информации, узел индикации функционирования задатчиков, логический блок, блок имитации движения оси ротора гиромотора и блок индикации правильности ответа.

Съёмный мобильный компактный измерительный модуль количественного содержания твердых примесей в воздухе // 2759078

Изобретение относится к учебным приборам и касается конструкции съёмного мобильного компактного измерительного модуля, предназначенного для соединения с мобильным автономным электронным устройством (например, смартфоном) и применяемого в учебных аппаратных средствах (например, в мобильных лабораториях), в том числе при проведении лабораторных работ с системой управления измерениями в средних общеобразовательных и высших учебных заведениях.

Измерительный модуль для измерения абсолютного давления // 2756664

Изобретение относится к области учебного оборудования и касается конструкции измерительных модулей с сенсором абсолютного давления, применяемых в системах средств обучения, в том числе при проведении лабораторных работ с системой управления измерениями в средних общеобразовательных и высших учебных заведениях, а также при проведении исследовательских работ, оно может быть использовано при изучении физики, акустики, механики, термодинамики, электроники и других учебных дисциплин.

Измерительный модуль для измерения влажности // 2755547

Изобретение относится к области учебного оборудования и касается конструкции измерительных модулей, например, с сенсором влажности, применяемых в системах средств обучения, в том числе при проведении лабораторных работ с системой управления измерениями в средних общеобразовательных и высших учебных заведениях, а также при проведении исследовательских работ, оно может быть использовано при изучении физики, акустики, механики, термодинамики, электроники и других учебных дисциплин и представляет собой измерительный модуль, содержащий разъёмный корпус с элементами фиксации, расположенной в нем печатной платой с микроконтроллером, отверстием в корпусе с размещенным в нем сенсором, связанным с микроконтроллером, и другим отверстием в корпусе с размещенным в нем USB разъемом, связанным с микроконтроллером, в которых корпус снабжен дополнительным отверстием, а сенсор состоит из аналоговых и цифровых блоков с заводской калибровкой и выполнен из полимера, представляющего собой ёмкостный диэлектрик планарной структуры, а измерительный модуль снабжен аналоговым (IDC) разъемом для подключения к плате открытой архитектуры, размещенным в дополнительном отверстии корпуса.

Измерительный модуль для измерения напряжения // 2755082

Изобретение относится к области учебного оборудования и касается конструкции измерительных модулей, например для измерения напряжения в двух режимах - в электрических цепях постоянного и переменного тока, применяемых в системах средств обучения, в том числе при проведении лабораторных работ с системой управления измерениями в средних общеобразовательных и высших учебных заведениях, а также при проведении исследовательских работ, оно может быть использовано при изучении физики, акустики, механики, термодинамики, электроники и других учебных дисциплин. Измерительный модуль, содержащий разъёмный корпус с элементами фиксации, расположенной в нем печатной платой с микроконтроллером, отверстием в корпусе с размещенным в нем сенсором, связанным с микроконтроллером, и другим отверстием в корпусе с размещенным в нем USB разъемом, связанным с микроконтроллером, в которых корпус снабжен дополнительным отверстием, а сенсор выполнен в виде провода с двумя щупами, при этом печатная плата снабжена делителем и усилителем, расположенными между сенсором и микроконтроллером, а измерительный модуль снабжен аналоговым (IDC) разъемом для подключения к плате открытой архитектуры, размещенным в дополнительном отверстии корпуса.

Измерительный модуль для измерения температуры // 2754756

Изобретение относится к области учебного оборудования и касается конструкции измерительных модулей, например температуры на основе использования термопары хромель-алюмель, применяемых в системах средств обучения, в том числе при проведении лабораторных работ с системой управления измерениями в средних общеобразовательных и высших учебных заведениях, а также при проведении исследовательских работ, оно может быть использовано при изучении физики, акустики, механики, термодинамики, электроники и других учебных дисциплин. И представляет собой измерительный модуль, содержащий разъёмный корпус с элементами фиксации, расположенной в нем печатной платой с микроконтроллером, отверстием в корпусе с размещенным в нем сенсором, связанным с микроконтроллером, и другим отверстием в корпусе с размещенным в нем USB разъемом, связанным с микроконтроллером, в которых корпус снабжен дополнительным отверстием, а сенсор выполнен на основе термопарного чувствительного элемента, расположенного на конце отрезка термопарной проволоки, заключенной в термостойкую изолирующую оболочку.

Съёмный мобильный компактный измерительный модуль // 2753804

Изобретение относится к учебным приборам и касается конструкции съемных мобильных компактных измерительных модулей, применяемых при проведении лабораторных работ. Съёмный мобильный компактный измерительный модуль, включающий компактный корпус с элементами механического и электрического присоединения к мобильному автономному электронному устройству, включающий разъём и держатель, расположенные в корпусе чувствительный элемент и электронную плату с аналогово-цифровым преобразователем, выполнен с возможностью управления посредством программы этого мобильного автономного электронного устройства и графического отображения полученных цифровых данных.

Исследовательская установка для определения запылённости воздуха и измерительный модуль количественного содержания твердых примесей в воздухе // 2749128

Изобретение относится к приборам для изучения процессов пылеобразования. Технический результат заключается в повышении универсальности и многофункциональности исследовательской установки. Измерительный модуль содержит корпус с входной и выходной зонами, микроконтроллер, соединенные с ним первичный преобразователь, имеющий корпус с входным и выходным отверстиями, крыльчаткой, лазером и фотодиодом, и выходной интерфейс, при этом корпус измерительного модуля снабжен перегородкой для разделения входной и выходной зон, причём выходной интерфейс снабжён USB разъемом, связанным с микроконтроллером, и аналоговым (IDC) разъемом для подключения микроконтроллера к внешним устройствам, при этом входное отверстие первичного преобразователя расположено во входной зоне измерительного модуля, а выходное отверстие в выходной зоне измерительного модуля, при этом первичный преобразователь снабжен оптическим замком, выполненным в виде перегородок из светопоглощающего материала, разделяющих крыльчатку, лазер и фотодиод.