羊圈報警器

謝可欣

爺爺住在農村，家里養了很多羊。一到傍晚，羊會自行返回羊圈。暑假，我在爺爺家發現了一個現象：羊圈是用木頭柵欄圍成的，并不牢固，時不時地有羊沖出羊圈。

為了看護好羊，爺爺每天晚上都要起來好幾次去巡視羊圈，清點羊的數量，以便及時發現是否有羊丟失。如果有很多羊沖出羊圈而沒有被及時發現，找羊的過程便十分艱難。

我想設計一種裝置來減輕爺爺的負擔。當羊沖出羊圈時能發出警示，這樣爺爺晚上就不用經常起床巡視，還能第一時間發現有羊逃出羊圈。但報警裝置也不能一直響個不停，會影響他人休息，所以它在報警后必須能自動停止。

如何實現這些功能呢？通過研究，我利用電磁感應原理，制作了一個羊圈報警器。

一、設計原理

閉合回路在磁場內產生的阻礙原磁場磁通量發生變化，產生感應電流，繼而產生感應電動勢。電磁鐵在斷開線路的情況下，磁場磁通量發生變化，在感應線圈中產生感應電流，將生成的感應電動勢作為電源供給報警系統，觸發報警。電路如圖 1所示。

圖 1中，左邊線路 1是一個基本的電磁鐵電路，繞在羊圈外圍。環繞羊圈的電路通過軟線連接，保證受到羊群沖擊時電路能斷開。線路 1上除了開關以外，還有一個電磁線圈 1，其內部有一個方形鐵塊，可增強電磁感應強度。

右側線路 2則是一條連接警鈴的電路，該電路上有一個線圈 2，與線路 1的線圈環繞在方形鐵塊的兩側，當線圈 1中的磁通量發生變化，線圈 2就會產生感應電流。該感應電流作為線路 2的電源。

二、使用方法

當線路 1開關閉合時，線圈產生磁性，線路 2的開關處于斷開狀態，此時雖然線圈 1中的磁通量發生變化，線圈 2會產生感應電流，但不會觸發報警器。當線路 1接通后，線路 2的開關關閉，線路 2的電路接通。但由于線路 2并沒有電源，此時不會觸發報警器。

線圈中的磁通量分布如圖 2。羊沖出羊圈時，沖擊力導致環繞在羊圈外圍的導線受到拉扯而斷開連接，線路 1斷開，線圈 1中的磁通量發生變化，導致線圈 2中的磁通量也發生變化。此時，線圈 2產生的阻礙原磁場磁通量發生變化產生感應電流，繼而產生感應電動勢，作為線路 2的電源。

由于右側電路開關是閉合的，此時警鈴電路接通，自動發出警報。也就是說，當有羊逃出羊圈或羊圈外圍受外力作用時，該系統能起到警示作用。

三、實驗檢測

我在爺爺的羊圈周圍用軟線布置了一個環形電磁鐵電路，每當羊進入羊圈后，該電路開關關閉。當羊沖出羊圈時，由于對軟線電路有沖擊力，導致線路斷開，使線圈中磁通量發生變化，安裝有警鈴的線路產生電流，引發短時報警。

實驗表明，該電路布置方便，準確率高，減輕了爺爺夜晚照看羊群的負擔。這也是我在“學以致用 ”上的一次有意義的探索。（指導老師：熊小明）