本發(fā)明屬于教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具備多種檢測功能的超聲波實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

背景技術(shù)：

由于超聲波在工業(yè)及科學(xué)研究等領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，所以將超聲波應(yīng)用于物理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)課程的教學(xué)中，顯得尤為重要。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)側(cè)重于應(yīng)用示波器調(diào)節(jié)波形，調(diào)節(jié)測量距離時需要搖動手輪來移動超聲波傳感器，給實(shí)驗(yàn)測量本身增加了許多環(huán)節(jié)和手動移動時帶來的誤差；且實(shí)驗(yàn)設(shè)備功能單一，占用面積較大，不能滿足教學(xué)要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要的目的在于克服現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)方法中的局限性，提供一種具備多種檢測功能的超聲波實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種具備多種檢測功能的超聲波實(shí)驗(yàn)設(shè)備，其包括箱體、操作面板、控制器、超聲波傳感器、障礙板、導(dǎo)軌傳動機(jī)構(gòu)、用于顯示超聲波測距值的第一顯示模塊、用于顯示超聲波從發(fā)射到接收往返一次時間值的第二顯示模塊和ad模塊；

所述第一顯示模塊、第二顯示模塊、控制器、ad模塊嵌裝在操作面板上，所述操作面板安裝在箱體上；

所述超聲波傳感器安裝在傳感器支架上，傳感器支架安裝在第一滑塊上，第一滑塊滑動安裝在第一導(dǎo)軌上，第一導(dǎo)軌固定在操作面板上；

所述導(dǎo)軌傳動機(jī)構(gòu)安裝在超聲波傳感器的探頭一側(cè)，導(dǎo)軌傳動機(jī)構(gòu)包括直流減速電機(jī)、第二導(dǎo)軌、第二滑塊、同步帶、從動帶輪、主動帶輪和從動帶輪固定裝置；主動帶輪與直流減速電機(jī)輸出軸連接，從動帶輪安轉(zhuǎn)在從動帶輪固定裝置上，直流減速電機(jī)和從動帶輪固定裝置固定在操作面板上，同步帶安裝在主動帶輪和從動帶輪上，第二導(dǎo)軌架設(shè)在主動帶輪和從動帶輪之間，第二滑塊滑動安裝在第二導(dǎo)軌上，且第二滑塊與同步帶緊固連接，以使第二滑塊在第二導(dǎo)軌上隨同步帶移動；第二滑塊上具有插槽，所述障礙板豎直安插在滑塊的插槽中，障礙板與第二導(dǎo)軌相垂直，且所述第一導(dǎo)軌和第二導(dǎo)軌相垂直；在第二導(dǎo)軌的靠近超聲波傳感器的一端設(shè)置有第一限位開關(guān)，在第二導(dǎo)軌的遠(yuǎn)離超聲波傳感器的一端設(shè)置有第二限位開關(guān)；

箱體的側(cè)面設(shè)置有用于控制障礙板向超聲波傳感器方向移動的第一移動按鈕、以及用于控制障礙板向遠(yuǎn)離超聲波傳感器方向移動的第二移動按鈕；

在操作面板上還設(shè)置有用于控制超聲波傳感器開閉狀態(tài)的超聲波發(fā)射開關(guān)；

超聲波傳感器通過ad模塊連接控制器，控制器輸入端連接超聲波發(fā)射開關(guān)、第一限位開關(guān)、第二限位開關(guān)、第一移動按鈕和第二移動按鈕，控制器輸出端連接直流減速電機(jī)；控制器根據(jù)超聲波發(fā)射開關(guān)的開關(guān)信號，控制超聲波傳感器開啟與關(guān)閉；控制器接收到第一移動按鈕觸發(fā)信號后，控制器控制直流減速電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，使障礙板向超聲波傳感器方向移動；控制器接收到第二移動按鈕觸發(fā)信號后，控制器控制直流減速電機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)，使障礙板向遠(yuǎn)離超聲波傳感器方向移動。

在上述技術(shù)方案中，所述控制器采用plc，plc為晶體管輸出型，其型號為三菱fx2n-36mt，所述ad模塊型號為fx2n-4ad，所述超聲波傳感器型號為lm-112-010-dac。

在上述技術(shù)方案中，所述控制器采用單片機(jī)。

在上述技術(shù)方案中，傳感器支架具有三個旋轉(zhuǎn)自由度調(diào)節(jié)功能，傳感器支架包括固定超聲波探頭的支架、第一舵機(jī)、第一u型架、第二舵機(jī)、第二u型架、以及由第三舵機(jī)驅(qū)動的轉(zhuǎn)盤，所述支架通過舵機(jī)盤固定在第一舵機(jī)上，第一舵機(jī)安裝在第一u型架上，第一u型架與第二舵機(jī)緊固連接，第二舵機(jī)安裝在第二u型架上，第二u型架固定在轉(zhuǎn)盤上，轉(zhuǎn)盤安裝在第一滑塊上；第一舵機(jī)、第二舵機(jī)和第三舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向相互垂直；

在箱體側(cè)面設(shè)置有用于控制第一舵機(jī)的第一舵機(jī)控制按鈕、用于控制第二舵機(jī)的第二舵機(jī)控制按鈕、以及用于控制第三舵機(jī)的第三舵機(jī)控制按鈕；第一舵機(jī)控制按鈕、第二舵機(jī)控制按鈕和第三舵機(jī)控制按鈕均與控制器連接；使用時，控制器根據(jù)三個按鈕的輸入信號分別控制三個舵機(jī)動作，使超聲波傳感器探頭對準(zhǔn)目標(biāo)物體。

在上述技術(shù)方案中，操作面板上還設(shè)置有da模塊，控制器的輸出端連接da模塊，da模塊具有用于連接示波器的輸出線；da模塊的輸出線連接至示波器，控制器通過da模塊將接收到的超聲波傳感器數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號輸出給示波器，通過示波器進(jìn)行觀察超聲波傳感器反饋信號的波形實(shí)驗(yàn)。

應(yīng)用所述的具備多種檢測功能的超聲波實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行聲速測量實(shí)驗(yàn)，使用方法如下：

步驟一：首先，按下第一移動按鈕，控制器接收到第一移動按鈕觸發(fā)信號后，控制器控制直流減速電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，使第二滑塊帶動障礙板向超聲波傳感器方向移動，并使第二滑塊觸碰到第一限位開關(guān)，控制器收到第一限位開關(guān)的觸發(fā)信號后，控制器控制直流減速電機(jī)停止，此時障礙板回到起始位置；

步驟二：打開超聲波發(fā)射開關(guān)，記錄第一顯示模塊顯示的超聲波傳感器探頭到障礙板的距離值s1以及第二顯示模塊顯示的超聲波從發(fā)射到接收往返一次的時間值t1；

步驟三：關(guān)閉超聲波發(fā)射開關(guān)，按下第二移動按鈕，將障礙板向遠(yuǎn)離超聲波傳感器方向移動一段距離，然后再次打開超聲波發(fā)射開關(guān)，記錄此時第一顯示模塊顯示的超聲波傳感器探頭到障礙板的距離值s2以及第二顯示模塊顯示的超聲波從發(fā)射到接收往返一次的時間值t2；

步驟四：重復(fù)步驟三，調(diào)節(jié)障礙板與超聲波傳感器的距離，記錄若干組第一顯示模塊顯示的超聲波傳感器探頭到障礙板的距離值sn以及第二顯示模塊顯示的超聲波從發(fā)射到接收往返一次的時間值tn，利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行聲速的計(jì)算。

應(yīng)用所述的具備多種檢測功能的超聲波實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行檢測物體平整度實(shí)驗(yàn)，使用方法如下：

首先，更換不同平整度的障礙板，通過按下第一移動按鈕和第二移動按鈕將障礙板移動至第二導(dǎo)軌中部；然后打開超聲波發(fā)射開關(guān)，推動第一滑塊沿第一導(dǎo)軌移動，同時觀察第一顯示模塊上的數(shù)值變化，數(shù)值變化超過一定范圍，則此障礙板不平整；通過比較不同障礙板的數(shù)值變化，來比較不同障礙板平整度大小。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果為：

本發(fā)明的超聲波實(shí)驗(yàn)設(shè)備具有多種檢測功能，豐富了實(shí)驗(yàn)的操作性，并且本實(shí)驗(yàn)設(shè)備將機(jī)械、電氣控制、物理、數(shù)學(xué)等學(xué)科進(jìn)行了綜合，有利于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、觀察能力、邏輯思維能力和數(shù)據(jù)處理能力，能綜合性的培養(yǎng)學(xué)生。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例一中的導(dǎo)軌傳動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例一的電路連接結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例二的傳感器支架的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例二的三個舵機(jī)的控制按鈕的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明實(shí)施例三的電路連接結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。

實(shí)施例一：

如圖1和2所示，一種具備多種檢測功能的超聲波實(shí)驗(yàn)設(shè)備，其包括箱體(或盒體)1、操作面板12、控制器5、超聲波傳感器4、障礙板6、導(dǎo)軌傳動機(jī)構(gòu)、用于顯示超聲波測距值的第一顯示模塊10、用于顯示超聲波從發(fā)射到接收往返一次時間值的第二顯示模塊13和ad模塊7；

所述第一顯示模塊10、第二顯示模塊13、控制器5、ad模塊7嵌裝在操作面板12上，所述操作面板12安裝在箱體1上；

所述超聲波傳感器4安裝在傳感器支架3上，傳感器支架3安裝在第一滑塊2上，第一滑塊2滑動安裝在第一導(dǎo)軌2-1上，第一導(dǎo)軌2-1固定在操作面板12上；

所述導(dǎo)軌傳動機(jī)構(gòu)安裝在超聲波傳感器4的探頭一側(cè)，如圖2所示，導(dǎo)軌傳動機(jī)構(gòu)包括直流減速電機(jī)15、第二導(dǎo)軌19、第二滑塊20、同步帶25、從動帶輪27、主動帶輪28和從動帶輪固定裝置26；主動帶輪28與直流減速電機(jī)15輸出軸連接，從動帶輪27安轉(zhuǎn)在從動帶輪固定裝置26上，直流減速電機(jī)15和從動帶輪固定裝置26固定在操作面板12上，同步帶25安裝在主動帶輪28和從動帶輪27上，第二導(dǎo)軌19架設(shè)在主動帶輪28和從動帶輪27之間，第二滑塊20滑動安裝在第二導(dǎo)軌19上，且第二滑塊20與同步帶25緊固連接，以使第二滑塊20在第二導(dǎo)軌19上隨同步帶25移動；第二滑塊20上具有插槽，所述障礙板6豎直安插在滑塊20的插槽中，障礙板與第二導(dǎo)軌19相垂直，且所述第一導(dǎo)軌2-1和第二導(dǎo)軌19相垂直；在第二導(dǎo)軌19的靠近超聲波傳感器4的一端(即，圖1中，第二導(dǎo)軌19的左端)設(shè)置有第一限位開關(guān)21，在第二導(dǎo)軌19的遠(yuǎn)離超聲波傳感器4的一端(即，圖1中，第二導(dǎo)軌19的右端)設(shè)置有第二限位開關(guān)18；

箱體1的側(cè)面設(shè)置有用于控制障礙板向超聲波傳感器方向移動的第一移動按鈕16、以及用于控制障礙板向遠(yuǎn)離超聲波傳感器方向移動的第二移動按鈕17；即第一移動按鈕16和第二移動按鈕17控制直流減速電機(jī)15正反轉(zhuǎn)，來控制障礙板6的移動方向；

在操作面板12上還設(shè)置有用于控制超聲波傳感器4開閉狀態(tài)的超聲波發(fā)射開關(guān)11；

參見附圖3，超聲波傳感器通過ad模塊連接控制器，控制器輸入端連接超聲波發(fā)射開關(guān)11、第一限位開關(guān)21、第二限位開關(guān)18、第一移動按鈕16和第二移動按鈕17，控制器輸出端連接直流減速電機(jī)15；控制器根據(jù)超聲波發(fā)射開關(guān)11的開關(guān)信號，控制超聲波傳感器開啟與關(guān)閉；控制器接收到第一移動按鈕16觸發(fā)信號后，控制器控制直流減速電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，使障礙板向超聲波傳感器方向移動；控制器接收到第二移動按鈕17觸發(fā)信號后，控制器控制直流減速電機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)，使障礙板向遠(yuǎn)離超聲波傳感器方向移動。

所述控制器采用plc，plc為晶體管輸出型，其型號為三菱fx2n-36mt，所述ad模塊型號為fx2n-4ad，所述超聲波傳感器型號為lm-112-010-dac。

所述控制器也可采用單片機(jī)。

應(yīng)用本實(shí)施例的超聲波實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行聲速測量實(shí)驗(yàn)，使用方法如下：

步驟一：首先，按下第一移動按鈕16，控制器接收到第一移動按鈕16觸發(fā)信號后，控制器控制直流減速電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，使第二滑塊20帶動障礙板6向超聲波傳感器4方向移動，并使第二滑塊20觸碰到第一限位開關(guān)21，控制器收到第一限位開關(guān)21的觸發(fā)信號后，控制器控制直流減速電機(jī)停止，此時障礙板回到起始位置；

步驟二：打開超聲波發(fā)射開關(guān)11，記錄第一顯示模塊10顯示的超聲波傳感器探頭到障礙板的距離值s1以及第二顯示模塊13顯示的超聲波從發(fā)射到接收往返一次的時間值t1；

步驟三：關(guān)閉超聲波發(fā)射開關(guān)11，按下第二移動按鈕17，將障礙板6向遠(yuǎn)離超聲波傳感器方向移動一段距離(松開第二移動按鈕17后，障礙板既停止)，然后再次打開超聲波發(fā)射開關(guān)11，記錄此時第一顯示模塊10顯示的超聲波傳感器探頭到障礙板的距離值s2以及第二顯示模塊13顯示的超聲波從發(fā)射到接收往返一次的時間值t2；

步驟四：重復(fù)步驟三，調(diào)節(jié)障礙板6與超聲波傳感器的距離，記錄若干組第一顯示模塊10顯示的超聲波傳感器探頭到障礙板的距離值sn以及第二顯示模塊13顯示的超聲波從發(fā)射到接收往返一次的時間值tn，利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行聲速的計(jì)算。

應(yīng)用本實(shí)施例的超聲波實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行檢測物體平整度實(shí)驗(yàn)，使用方法如下：

首先，更換不同平整度的障礙板6，通過按下第一移動按鈕16和第二移動按鈕17將障礙板移動至第二導(dǎo)軌19中部；然后打開超聲波發(fā)射開關(guān)11，推動第一滑塊2沿第一導(dǎo)軌2-1移動，同時觀察第一顯示模塊10上的數(shù)值變化，數(shù)值變化超過一定范圍，則此障礙板不平整；通過比較不同障礙板的數(shù)值變化，來比較不同障礙板平整度大小。

在箱體1上還設(shè)置有箱蓋8，箱蓋8通過合頁鉸接在箱體1一側(cè)；當(dāng)不使用本設(shè)備時，將障礙板6取下，蓋上箱蓋8。

實(shí)施例二：

如圖4所示，實(shí)施例二與實(shí)施例一的不同之處在于：實(shí)施例一中的傳感器支架3具有三個旋轉(zhuǎn)自由度調(diào)節(jié)功能，傳感器支架3包括固定超聲波探頭的支架3-1、第一舵機(jī)3-2、第一u型架3-3、第二舵機(jī)3-4、第二u型架3-5、以及由第三舵機(jī)驅(qū)動的轉(zhuǎn)盤3-6，所述支架3-1通過舵機(jī)盤固定在第一舵機(jī)3-2上(支架3-1通過螺絲與舵機(jī)盤緊固連接，舵機(jī)盤與第一舵機(jī)3-2通過螺絲緊固連接)，第一舵機(jī)3-2安裝在第一u型架3-3上，第一u型架3-3與第二舵機(jī)3-4緊固連接，第二舵機(jī)3-4安裝在第二u型架3-5上，第二u型架3-5固定在轉(zhuǎn)盤3-6上，轉(zhuǎn)盤安裝在第一滑塊2上。第一舵機(jī)3-2、第二舵機(jī)3-4和第三舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向相互垂直，即第一舵機(jī)3-2實(shí)現(xiàn)支架3-1的繞x軸旋轉(zhuǎn)、第二舵機(jī)3-4實(shí)現(xiàn)支架3-1繞y軸旋轉(zhuǎn)、第三舵機(jī)實(shí)現(xiàn)支架3-1繞z軸旋轉(zhuǎn)；

如圖5所示，在箱體1側(cè)面設(shè)置有三個分別控制三個舵機(jī)的控制按鈕：即控制第一舵機(jī)的第一舵機(jī)控制按鈕22、控制第二舵機(jī)的第二舵機(jī)控制按鈕23、以及控制第三舵機(jī)的第三舵機(jī)控制按鈕24；第一舵機(jī)控制按鈕22、第二舵機(jī)控制按鈕23和第三舵機(jī)控制按鈕24均與控制器連接。使用時，控制器根據(jù)三個按鈕的輸入信號分別控制三個舵機(jī)動作，從而實(shí)現(xiàn)超聲波傳感器4的角度調(diào)節(jié)。

本實(shí)施例的超聲波實(shí)驗(yàn)設(shè)備可應(yīng)用于實(shí)際工作中，在超聲波傳感器測量范圍內(nèi)，測量超聲波傳感器4和目標(biāo)物體的距離，測試方法為：通過控制三個按鈕分別控制三個舵機(jī)動作，從而實(shí)現(xiàn)超聲波傳感器4的角度調(diào)節(jié)，使超聲波傳感器4探頭對準(zhǔn)目標(biāo)物體，打開超聲波發(fā)射開關(guān)11，第一顯示模塊10上即顯示超聲波傳感器與目標(biāo)物體之間的距離值。

實(shí)施例三：

在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，操作面板12上還設(shè)置有da模塊，參見附圖6，控制器的輸出端連接da模塊，da模塊具有用于連接示波器的輸出線；

da模塊的輸出線連接至示波器，控制器通過da模塊將接收到的超聲波傳感器數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號輸出給示波器，通過示波器進(jìn)行觀察超聲波傳感器反饋信號的波形實(shí)驗(yàn)。

以上對本發(fā)明做了示例性的描述，應(yīng)該說明的是，在不脫離本發(fā)明的核心的情況下，任何簡單的變形、修改或者其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠不花費(fèi)創(chuàng)造性勞動的等同替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。