羊圈报警器

■湖北省襄阳市第五中学

爷爷住在农村，家里养了很多羊。一到傍晚，羊会自行返回羊圈。暑假，我在爷爷家发现了一个现象：羊圈是用木头栅栏围成的，并不牢固，时不时地有羊冲出羊圈。

为了看护好羊，爷爷每天晚上都要起来好几次去巡视羊圈，清点羊的数量，以便及时发现是否有羊丢失。如果有很多羊冲出羊圈而没有被及时发现，找羊的过程便十分艰难。

我想设计一种装置来减轻爷爷的负担。当羊冲出羊圈时能发出警示，这样爷爷晚上就不用经常起床巡视，还能第一时间发现有羊逃出羊圈。但报警装置也不能一直响个不停，会影响他人休息，所以它在报警后必须能自动停止。

如何实现这些功能呢？通过研究，我利用电磁感应原理，制作了一个羊圈报警器。

图1 基本电路原理

一、设计原理

闭合回路在磁场内产生的阻碍原磁场磁通量发生变化，产生感应电流，继而产生感应电动势。电磁铁在断开线路的情况下，磁场磁通量发生变化，在感应线圈中产生感应电流，将生成的感应电动势作为电源供给报警系统，触发报警。电路如图1所示。

图1 中，左边线路1 是一个基本的电磁铁电路，绕在羊圈外围。环绕羊圈的电路通过软线连接，保证受到羊群冲击时电路能断开。线路1 上除了开关以外，还有一个电磁线圈1，其内部有一个方形铁块，可增强电磁感应强度。

右侧线路2 则是一条连接警铃的电路，该电路上有一个线圈2，与线路1 的线圈环绕在方形铁块的两侧，当线圈1 中的磁通量发生变化，线圈2 就会产生感应电流。该感应电流作为线路2 的电源。

二、使用方法

当线路1 开关闭合时，线圈产生磁性，线路2 的开关处于断开状态，此时虽然线圈1 中的磁通量发生变化，线圈2 会产生感应电流，但不会触发报警器。当线路1接通后，线路2 的开关关闭，线路2 的电路接通。但由于线路2 并没有电源，此时不会触发报警器。

线圈中的磁通量分布如图2。羊冲出羊圈时，冲击力导致环绕在羊圈外围的导线受到拉扯而断开连接，线路1 断开，线圈1 中的磁通量发生变化，导致线圈2 中的磁通量也发生变化。此时，线圈2 产生的阻碍原磁场磁通量发生变化产生感应电流，继而产生感应电动势，作为线路2 的电源。

由于右侧电路开关是闭合的，此时警铃电路接通，自动发出警报。也就是说，当有羊逃出羊圈或羊圈外围受外力作用时，该系统能起到警示作用。

图2 线圈中的磁通量

三、实验检测

我在爷爷的羊圈周围用软线布置了一个环形电磁铁电路，每当羊进入羊圈后，该电路开关关闭。当羊冲出羊圈时，由于对软线电路有冲击力，导致线路断开，使线圈中磁通量发生变化，安装有警铃的线路产生电流，引发短时报警。

实验表明，该电路布置方便，准确率高，减轻了爷爷夜晚照看羊群的负担。这也是我在“学以致用”上的一次有意义的探索。