專利名稱：超聲波聲速測量實驗儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及物理教學(xué)實驗儀器，特別是一種聲速測量實驗儀器。
技術(shù)背景目前大學(xué)物理實驗中使用的聲速測量實驗儀器，主要包括超聲波換能器一對，用于發(fā)射和接收超聲波；百分之一毫米準(zhǔn)確度的螺桿位移系統(tǒng)(帶動接收超聲波換能器移動)；信號發(fā)生器和示波器。其利用駐波法或相位法測量空氣中的聲速。這類實驗儀器，都具有精密復(fù)雜的機(jī)械傳動裝置，在超聲波接收換能器前進(jìn)和后退的反向移動時，都存在空程差。我們獲得授權(quán)的的專利“變頻定距聲速測量實驗儀”(專利號201120552328. 6)，是把音頻功放輸出的信號輸入示波器，利用相位比較法測量聲速。這些測量和計算都利用了聲速來回反射形成的駐波，要求找準(zhǔn)測量的特殊位置。本儀器，利用了傳統(tǒng)的聲音傳播距離·乘以傳播時間來計算聲速的辦法，考慮到聲速受溫度和濕度影響的特點(diǎn)，本儀器同時測量并顯示溫和濕度
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的就是利用超聲波定向較好的特點(diǎn)，采用傳統(tǒng)的聲音傳播距離乘以傳播時間來計算聲速的辦法。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種超聲波聲速測量實驗儀，其特征在于其包括超聲波發(fā)射探頭，超聲波接收探頭，導(dǎo)軌，單板機(jī)，顯示器，溫度傳感器，濕度傳感器，直流電源，超聲波發(fā)射探頭支架，超聲波接收探頭支架。所述的超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭分別固定在超聲波發(fā)射探頭支架和超聲波接收探頭支架，超聲波發(fā)射探頭支架和超聲波接收探頭支架卡在導(dǎo)軌上，并可在導(dǎo)軌上移動。超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭連接到單板機(jī)，單板機(jī)上安裝有溫度傳感器，濕度傳感器，單板機(jī)連接顯示器，直流電源給單板機(jī)和顯示器供電。進(jìn)一步，所述的導(dǎo)軌為鋁合金材料，屬三角結(jié)構(gòu)，上頂角為90度，在雙側(cè)面對應(yīng)固定米尺，用于測量超聲波發(fā)射器和接收器之間的距離。所述的超聲波發(fā)射探頭和接收探頭通過支架卡在導(dǎo)軌上，其上下高度可調(diào)，在導(dǎo)軌上的位置可調(diào)，實驗時保證其高度相同。所述的單板機(jī)給超聲波發(fā)射器提高驅(qū)動電壓，使其產(chǎn)生固定頻率的超聲波。比較計算出超聲波發(fā)射和接收的時間差，把溫度傳感器和濕度傳感器傳來的電壓信號進(jìn)行處理。所述的顯示器顯示超聲波發(fā)射到接收之間的時間差、測量現(xiàn)場的溫度和濕度。所述的直流電源把220V交流電變成直流電，給單板機(jī)供電。本實用新型的優(yōu)點(diǎn)使用最直觀的物理原理測量聲速，儀器沒有復(fù)雜精密的機(jī)械傳動部分，提高了儀器的可靠性，降低了成本；可用于高校的聲速測量實驗或演示物理實驗。

圖I為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中超聲波發(fā)射探頭1，超聲波接收探頭2，導(dǎo)軌3，單板機(jī)4，顯示器5，溫度傳感器6，濕度傳感器7，直流電源8，超聲波發(fā)射探頭支架9，超聲波接收探頭支架10。
具體實施方式
如圖I所示，先調(diào)節(jié)探頭支架9和10，把超聲波發(fā)射器探頭I和接收探頭2的高度調(diào)到相同位置，接通電源開機(jī)后，直流電源8給各部分供電，超聲波發(fā)射器I接收單板機(jī)4傳來的激勵信號，發(fā)射超聲波，隨后超聲波接收器2接收到聲音信號，變換成電壓信號后，提供給單板機(jī)4，單板機(jī)計算出超聲波發(fā)射和接收之間的時間，并計算出時間差。為了保證測量的正確性，單板機(jī)每秒鐘反射10次超聲波，最后把10次測量到的時間差平均后在顯示 器5上顯示出來。再通過導(dǎo)軌3上的米尺，獲得超聲波發(fā)生器和接收器之間的距離，利用公式V = LXt就可以計算出聲速。改變超聲波發(fā)生器和接收器之間的距離，可以計算出多個聲速值，再計算出平均值，可以提供測量精度。此外，溫度6和濕度傳感器7測量到的信號，也顯示在顯示器5上，代入聲速的理論公式計算出理論值，與實驗值比較，計算出不確定度。
權(quán)利要求1.一種超聲波聲速測量實驗儀，其特征在于其包括超聲波發(fā)射探頭，超聲波接收探頭，導(dǎo)軌，單板機(jī)，顯示器，溫度傳感器，濕度傳感器，直流電源，超聲波發(fā)射探頭支架，超聲波接收探頭支架； 所述的超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭分別固定在超聲波發(fā)射探頭支架和超聲波接收探頭支架，超聲波發(fā)射探頭支架和超聲波接收探頭支架卡在導(dǎo)軌上，超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭連接到單板機(jī)，單板機(jī)上安裝有溫度傳感器，濕度傳感器，單板機(jī)連接顯示器，直流電源給單板機(jī)和顯示器供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超聲波聲速測量實驗儀，其特征在于導(dǎo)軌為三角導(dǎo)軌，上頂角為90度，在雙側(cè)面對應(yīng)固定米尺。
專利摘要超聲波聲速測量實驗儀，屬于物理教學(xué)實驗儀器領(lǐng)域。本實用新型包括超聲波發(fā)射探頭，超聲波接收探頭，三角導(dǎo)軌，單板機(jī)及顯示器，溫度傳感器，濕度傳感器，直流電源，超聲波發(fā)射探頭支架，超聲波接收探頭支架。本實用新型儀器利用聲速等于聲波傳播距離乘以傳播所需時間的原理來測量。改變測量距離，可以獲得多個聲速的測量值，平均計算聲速，并計算出測量不確定度。本實用新型利用了經(jīng)典的聲速測量原理，沒有復(fù)雜精密的機(jī)械傳動部分，提高了儀器的可靠性，降低了成本。可用于高校的聲速測量實驗。
文檔編號G01H5/00GK202694640SQ20122035641
公開日2013年1月23日 申請日期2012年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月21日
發(fā)明者王吉有, 高小強(qiáng), 彭月祥 申請人:北京工業(yè)大學(xué)