專利名稱：固體音頻聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種研究聲波在固體材料中轉(zhuǎn)播速度的實(shí)驗(yàn)裝置，用于大學(xué)普通物理實(shí)驗(yàn)，中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)及演示。
背景技術(shù)：
聲波是一種需在彈性媒質(zhì)中傳播的機(jī)械波。
彈性媒質(zhì)中傳播的平面縱波的波速(v)與介質(zhì)的密度(ρ)和楊氏彈性模量(E)的關(guān)系如下v=E/ρ]]>聲波在不同媒質(zhì)中的波速不同。固體材料中傳播速度快于空氣數(shù)倍至十幾倍(不同材料之差異)，例如空氣(15℃)中聲速約340米/秒，鋁棒中聲速約5150米/秒?？諝庵新曀俚臏y(cè)量是根據(jù)聲速(v)與頻率(f)及波長(zhǎng)(λ)的關(guān)系v＝f·λ(米/秒)常用“駐波法”，“相位法”測(cè)量。
而固體中聲速的測(cè)量則根據(jù)聲波在固體中傳播存在時(shí)間差異，即聲波在介質(zhì)中傳播，經(jīng)一段時(shí)間(Δt)，到達(dá)距震源一段距離(ΔL)處，由此可以知道波速(v)為v＝ΔL/Δt(米/秒)此法稱“時(shí)差法”。
用“駐波法”和“相位法”測(cè)量聲速，用示波器測(cè)量駐波的峰、谷或波與波之間的相位，讀數(shù)誤差很大，且不穩(wěn)定。
而用“時(shí)差法”比較準(zhǔn)確和直觀，但具體應(yīng)用，有一定難度。
例如國(guó)外一公司演示實(shí)驗(yàn)裝置，采用手持小鐵棒敲擊長(zhǎng)鐵棒一端產(chǎn)生振動(dòng)，開(kāi)始計(jì)時(shí)，聲波傳至緊貼長(zhǎng)鐵棒另一端的話筒后，停止計(jì)時(shí)，顯示“時(shí)差”，由于敲擊輕重、位置不同，聲波在長(zhǎng)鐵棒中的反射波強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間不同，干擾正確測(cè)量，所測(cè)數(shù)據(jù)誤差很大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)測(cè)量的誤差大，提供一種能較正確測(cè)量固體音頻聲速的實(shí)驗(yàn)裝置。
本發(fā)明提供固體音頻聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置，采用“時(shí)差法”。
由固體棒，固體棒支架，壓電換能器，切換開(kāi)關(guān)組，測(cè)量盒，移動(dòng)測(cè)量夾組成。測(cè)量對(duì)象固體棒兩端分別固定壓電換能器，壓電換能器分別連接至切換開(kāi)關(guān)組，切換開(kāi)關(guān)組與由時(shí)間顯示器，光耦器，信號(hào)處理單元，測(cè)量、復(fù)位按鈕和單片微機(jī)組成的測(cè)量盒聯(lián)接。將切換開(kāi)關(guān)組中一個(gè)開(kāi)關(guān)合上，按測(cè)量按鈕，單片微機(jī)產(chǎn)生單個(gè)脈沖并啟動(dòng)計(jì)時(shí)，單個(gè)脈沖經(jīng)光耦器驅(qū)動(dòng)固定在固體棒一端的壓電換能器，產(chǎn)生音頻振動(dòng)，經(jīng)固體棒傳播至固定于另一端的壓電換能器，使之產(chǎn)生電壓，經(jīng)信號(hào)處理單元進(jìn)行放大，整形成矩形脈沖經(jīng)光耦器送單片微機(jī)，使之停止計(jì)時(shí)并顯示音頻振動(dòng)在固體棒材中傳播時(shí)間，即時(shí)間顯示器顯示所計(jì)“時(shí)差”，通過(guò)公式v＝ΔL/Δt計(jì)算即可正確測(cè)量固體音頻聲速。按復(fù)位按鈕，可使單片微機(jī)復(fù)位。
本發(fā)明的有益效果是，采用單片微機(jī)控制產(chǎn)生單個(gè)音頻脈沖來(lái)測(cè)量“時(shí)差”，避免固體中反射波所產(chǎn)生干擾，測(cè)量誤差較小且重復(fù)性好。通過(guò)切換開(kāi)關(guān)組可方便切換不同材料同長(zhǎng)度的固體棒材進(jìn)行測(cè)量，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。


圖1本發(fā)明固體音頻聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置示意框2切換開(kāi)關(guān)組示意3測(cè)量盒電原理4移動(dòng)測(cè)量夾示意圖在圖中，固體棒(1)，支架(4)，壓電換能器(2)(3)，切換開(kāi)關(guān)組(5)，測(cè)量盒(6)，移動(dòng)測(cè)量夾(7)以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明內(nèi)容作詳細(xì)說(shuō)明具體實(shí)施方式

參見(jiàn)圖1，一種固體音頻聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置，由固體棒(1)，固體棒支架(4)，壓電換能器(2)(3)，切換開(kāi)關(guān)組(5)，測(cè)量盒(6)，移動(dòng)測(cè)量夾(7)組成。參見(jiàn)圖2，切換開(kāi)關(guān)組(5)由四個(gè)雙刀雙擲互鎖開(kāi)關(guān)(K1-4)，單刀雙擲開(kāi)關(guān)(K5)組成。參見(jiàn)圖3，測(cè)量盒(6)由單片微機(jī)(IC3)，時(shí)間顯示器(D1-5)，顯示驅(qū)動(dòng)(IC5)，光耦器(P1-2)，信號(hào)處理單元(IC2-3)，測(cè)量、復(fù)位按鈕(AN1-2)和穩(wěn)壓電路(IC4)組成。參見(jiàn)圖4，移動(dòng)測(cè)量夾(7)由圓弧彈簧鋼夾(8)、開(kāi)口手柄(9)和壓電換能器(10)組成。
其特征是固體棒1放置在支架(4)上，其兩端分別固定壓電換能器(2)(3)，選切換開(kāi)關(guān)組(5)中一個(gè)開(kāi)關(guān)合上(例如K1)，按測(cè)量按鈕(AN1)，單片微機(jī)(IC3)產(chǎn)生單個(gè)脈沖并啟動(dòng)計(jì)時(shí)，單個(gè)脈沖經(jīng)光耦器(P2)及切換開(kāi)關(guān)組(5)驅(qū)動(dòng)固定在固體棒(1)一端的壓電換能器(2)，產(chǎn)生音頻振動(dòng)，經(jīng)固體棒(1)傳播至固定于另一端的壓電換能器(3)，使之產(chǎn)生電壓，經(jīng)信號(hào)處理單元(IC2-3)進(jìn)行放大、整形成矩形脈沖經(jīng)光耦器(P1)送單片微機(jī)(IC3)，使之停止計(jì)時(shí)并在時(shí)間顯示器(D1-5)上顯示音頻振動(dòng)在固體棒材中傳播時(shí)間，時(shí)間顯示器顯示所計(jì)“時(shí)差”，通過(guò)公式v＝ΔL/Δt計(jì)算即可正確測(cè)量固體音頻聲速。選切換開(kāi)關(guān)組(5)的雙刀雙擲互鎖開(kāi)關(guān)(K1-4)可切換不同材料(例如鐵、銅、鋁、塑料)固體棒(1)進(jìn)行測(cè)量。若按下單刀雙擲開(kāi)關(guān)(K5)，捏住開(kāi)口手柄(9)使圓弧彈簧鋼夾(8)從固體棒(1)上松開(kāi)，可使移動(dòng)測(cè)量夾(7)在固體棒(1)上移動(dòng)至任一位置(不同長(zhǎng)度)，定位緊夾后進(jìn)行測(cè)量。此時(shí)壓電換能器(10)取代壓電換能器(3)聯(lián)接測(cè)量盒。
穩(wěn)壓電路(IC4)提供測(cè)量盒(6)各電路穩(wěn)定直流電源。
權(quán)利要求
1.一種固體音頻聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置，由固體棒，支架，壓電換能器，切換開(kāi)關(guān)組，測(cè)量盒，移動(dòng)測(cè)量夾組成，其特征是放置在支架(4)上固體棒(1)兩端分別固定壓電換能器(2)(3)，切換開(kāi)關(guān)組(5)中一個(gè)開(kāi)關(guān)合上，按測(cè)量按鈕(AN1)，單片微機(jī)(IC3)產(chǎn)生單個(gè)脈沖并啟動(dòng)計(jì)時(shí)，單個(gè)脈沖經(jīng)光耦器(P2)及切換開(kāi)關(guān)組(5)驅(qū)動(dòng)固定在固體棒(1)一端的壓電換能器(2)，產(chǎn)生音頻振動(dòng)，經(jīng)固體棒(1)傳播至固定于另一端的壓電換能器(3)，使之產(chǎn)生電壓，經(jīng)信號(hào)處理單元(IC2-3)進(jìn)行放大、整形成矩形脈沖經(jīng)光耦器(P1)送單片微機(jī)(IC3)，使之停止計(jì)時(shí)并在時(shí)間顯示器(D1-5)上顯示音頻振動(dòng)在固體棒材中傳播時(shí)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述固體音頻聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是切換開(kāi)關(guān)組(5)由四個(gè)雙刀雙擲互鎖開(kāi)關(guān)(K1-4)，單刀雙擲開(kāi)關(guān)(K5)組成，可切換包括鐵、銅、鋁、塑料不同材料的固體棒(1)進(jìn)行測(cè)量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述固體音頻聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是切換開(kāi)關(guān)組(5)的單刀雙擲開(kāi)關(guān)(K5)，連接移動(dòng)測(cè)量夾(7)，可在固體棒(1)上任意位置行測(cè)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述固體音頻聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是移動(dòng)測(cè)量夾(7)由圓弧彈簧鋼夾(8)、開(kāi)口手柄(9)和壓電換能器(10)組成，在固體棒上移動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)任意位置長(zhǎng)度的測(cè)量。
全文摘要
一種固體音頻聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置，由固體棒，支架，壓電換能器，切換開(kāi)關(guān)組，測(cè)量盒，移動(dòng)測(cè)量夾組成。其特征是放置在支架上固體棒兩端分別固定壓電換能器，選合切換開(kāi)關(guān)組中一個(gè)開(kāi)關(guān)，按測(cè)量按鈕，單片微機(jī)產(chǎn)生單個(gè)脈沖并啟動(dòng)計(jì)時(shí)，單脈沖經(jīng)光耦器驅(qū)動(dòng)固體棒一端的壓電換能器產(chǎn)生音頻振動(dòng)，經(jīng)固體棒傳播至另一端的壓電換能器產(chǎn)生電壓，經(jīng)放大、整形成脈沖經(jīng)光耦器送單片微機(jī)，使之停止計(jì)時(shí)并在時(shí)間顯示器上顯示音頻振動(dòng)在固體棒材中傳播時(shí)間。切換開(kāi)關(guān)組可切換不同材料固體棒進(jìn)行測(cè)量。也可用移動(dòng)測(cè)量夾在固體棒上任意位置進(jìn)行測(cè)量。用于大學(xué)普通物理實(shí)驗(yàn)、中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)及演示。
文檔編號(hào)G09B23/00GK1731111SQ200510060
公開(kāi)日2006年2月8日 申請(qǐng)日期2005年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月29日
發(fā)明者周小風(fēng), 鮑德松, 楊慧 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)