專利名稱：固體音頻聲速測量實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種研究聲波在固體材料中轉(zhuǎn)播速度的實驗裝置，用于大學(xué)普通物理實驗，中學(xué)物理實驗及演示。
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量是根據(jù)聲速(v)與頻率(f)及波長(λ)的關(guān)系v＝f·λ(米/秒)常用“駐波法”，“相位法”測量。
而固體中聲速的測量則根據(jù)聲波在固體中傳播存在時間差異，即聲波在介質(zhì)中傳播，經(jīng)一段時間(Δt)，到達距震源一段距離(ΔL)處，由此可以知道波速(v)為v＝ΔL/Δt(米/秒)此法稱“時差法”。
用“駐波法”和“相位法”測量聲速，用示波器測量駐波的峰、谷或波與波之間的相位，讀數(shù)誤差很大，且不穩(wěn)定。
而用“時差法”比較準(zhǔn)確和直觀，但具體應(yīng)用，有一定難度。
例如國外一公司演示實驗裝置，采用手持小鐵棒敲擊長鐵棒一端產(chǎn)生振動，開始計時，聲波傳至緊貼長鐵棒另一端的話筒后，停止計時，顯示“時差”，由于敲擊輕重、位置不同，聲波在長鐵棒中的反射波強度和持續(xù)時間不同，干擾正確測量，所測數(shù)據(jù)誤差很大。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的是針對現(xiàn)有技術(shù)測量的誤差大，提供一種能較正確測量固體音頻聲速的實驗裝置。
本實用新型提供固體音頻聲速測量實驗裝置，采用“時差法”。
由固體棒，固體棒支架，壓電換能器，切換開關(guān)組，測量盒，移動測量夾組成。測量對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關(guān)組，切換開關(guān)組與由時間顯示器，光耦器，信號處理單元，測量、復(fù)位按鈕和單片微機組成的測量盒聯(lián)接。將切換開關(guān)組中一個開關(guān)合上，按測量按鈕，單片微機產(chǎn)生單個脈沖并啟動計時，單個脈沖經(jīng)光耦器驅(qū)動固定在固體棒一端的壓電換能器，產(chǎn)生音頻振動，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)信號處理單元進行放大，整形成矩形脈沖經(jīng)光耦器送單片微機，使之停止計時并顯示音頻振動在固體棒材中傳播時間，即時間顯示器顯示所計“時差”，通過公式v＝ΔL/Δt計算即可正確測量固體音頻聲速。按復(fù)位按鈕，可使單片微機復(fù)位。
本實用新型的有益效果是，采用單片微機控制產(chǎn)生單個音頻脈沖來測量“時差”，避免固體中反射波所產(chǎn)生干擾，測量誤差較小且重復(fù)性好。通過切換開關(guān)組可方便切換不同材料同長度的固體棒材進行測量，裝置結(jié)構(gòu)簡單。


圖1本實用新型固體音頻聲速測量實驗裝置示意框圖圖2切換開關(guān)組示意圖圖3測量盒電原理圖圖4移動測量夾示意圖在圖中，固體棒1，支架4，壓電換能器2、3，切換開關(guān)組5，測量盒6，移動測量夾7
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明內(nèi)容作詳細說明具體實施方式
實施例1參見圖1，一種固體音頻聲速測量實驗裝置，固體棒1放置在支架4上，固體棒的兩端分別與壓電換能器2、3連接，壓電換能器分別連接至切換開關(guān)組5，切換開關(guān)組5與測量盒6聯(lián)接。
參見圖2，切換開關(guān)組5由四個雙刀雙擲互鎖開關(guān)(K1-4)，單刀雙擲開關(guān)(K5)組成。
參見圖3，測量盒6由單片微機(IC3)，時間顯示器(D1-5)，顯示驅(qū)動(IC5)，光耦器(P1-2)，信號處理單元(IC2-3)，測量、復(fù)位按鈕(AN1-2)和穩(wěn)壓電路(IC4)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，選切換開關(guān)組5中一個開關(guān)合上(例如K1)，按測量按鈕(AN1)，單片微機(IC3)產(chǎn)生單個脈沖并啟動計時，單個脈沖經(jīng)光耦器(P2)及切換開關(guān)組5驅(qū)動固定在固體棒1一端的壓電換能器2，產(chǎn)生音頻振動，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)信號處理單元(IC2-3)進行放大、整形成矩形脈沖經(jīng)光耦器(P1)送單片微機(IC3)，使之停止計時并在時間顯示器(D1-5)上顯示音頻振動在固體棒材中傳播時間，時間顯示器顯示所計“時差”，通過公式v＝ΔL/Δt計算即可正確測量固體音頻聲速。選切換開關(guān)組5的雙刀雙擲互鎖開關(guān)(K1-4)可切換不同材料(例如鐵、銅、鋁、塑料)固體棒1進行測量。穩(wěn)壓電路(IC4)提供測量盒6各電路穩(wěn)定直流電源。
實施例2參見圖4，移動測量夾7由圓弧彈簧鋼夾8一端為開口手柄9，另一端固定壓電換能器10，彈簧鋼夾8在固體棒1上任何定位位置緊夾。按實施例1，若按下切換開關(guān)組5的單刀雙擲開關(guān)(K5)，捏住開口手柄9使圓弧彈簧鋼夾8不緊夾固體棒1，能在固體棒上移動，使移動測量夾7在固體棒1上任一位置(不同長度)定位緊夾后進行測量。
權(quán)利要求1.一種固體音頻聲速測量實驗裝置，由固體棒，支架，壓電換能器，切換開關(guān)組，測量盒組成，其特征是固體棒(1)放置在支架(4)上，固體棒的兩端分別與壓電換能器(2)(3)連接，壓電換能器分別連接至切換開關(guān)組(5)，切換開關(guān)組(5)與測量盒(6)聯(lián)接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述固體音頻聲速測量實驗裝置，其特征是所述切換開關(guān)組(5)由四個雙刀雙擲互鎖開關(guān)K1-4，單刀雙擲開關(guān)K5組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述固體音頻聲速測量實驗裝置，其特征是切換開關(guān)組(5)的單刀雙擲開關(guān)K5連接移動測量夾(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述固體音頻聲速測量實驗裝置，其特征是移動測量夾(7)由圓弧彈簧鋼夾(8)一端為開口手柄(9)，另一端固定壓電換能器(10)組成，彈簧鋼夾(8)在固體棒(1)上任何定位位置緊夾。
專利摘要一種固體音頻聲速測量實驗裝置，由固體棒，支架，壓電換能器，切換開關(guān)組，測量盒，移動測量夾組成。其特征是放置在支架上固體棒兩端分別固定壓電換能器，選合切換開關(guān)組中一個開關(guān)，按測量按鈕，單片微機產(chǎn)生單個脈沖并啟動計時，單脈沖經(jīng)光耦器驅(qū)動固體棒一端的壓電換能器產(chǎn)生音頻振動，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，使之停止計時并在時間顯示器上顯示音頻振動在固體棒材中傳播時間。切換開關(guān)組可切換不同材料固體棒進行測量。也可用移動測量夾在固體棒上任意位置進行測量。用于大學(xué)普通物理實驗、中學(xué)物理實驗及演示。
文檔編號G09B23/14GK2869813SQ200520014460
公開日2007年2月14日 申請日期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 申請人:浙江大學(xué)