專利名稱：一種超聲駐波懸浮力的測量方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲懸浮器中駐波懸浮力的測量方法與裝置，屬于測量領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于空間環(huán)境具有無容器、微重力、高真空等顯著特征，有利于研究材料的凝固現(xiàn)象和流體現(xiàn)象，因此空間環(huán)境被人們用于材料的準(zhǔn)備以及各種實驗。在過去幾十年中，雖然航天技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，但進行空間試驗的成本仍是十分昂貴。于是，在地面上模擬太空無容器效應(yīng)的懸浮技術(shù)應(yīng)運而生。聲懸浮技術(shù)是地面和空間條件下實現(xiàn)材料無容器處理的懸浮技術(shù)之一，并且與其他懸浮技術(shù)相比，聲懸浮具有以下優(yōu)點:一是不受試樣是否具有電磁學(xué)性質(zhì)的限制，理論上可以懸浮起任何材料；二是懸浮與加熱分別控制，可以避免過熱產(chǎn)生的滴流現(xiàn)象；三是懸浮較穩(wěn)定，容易控制。隨著聲懸浮技術(shù)的發(fā)展，通過聲懸浮方法，人們不僅實現(xiàn)了各種金屬材料、非金屬材料和有機材料的無容器處理，還實現(xiàn)了在液態(tài)物性參數(shù)的非接觸測量、自由液滴的動力學(xué)研究、微劑量生物化學(xué)研究等方面的應(yīng)用。從1964年第一臺聲懸浮器的設(shè)計制作到現(xiàn)在，聲懸浮器的懸浮能力得到了很大的提升，西北工業(yè)大學(xué)的解文軍等人設(shè)計的聲懸浮器懸浮起了地面上最重的固體銥。對于一臺聲懸浮器，其懸浮能力主要用其可以懸浮起的物體的最大密度來衡量，而沒有對其懸浮能力進行精確的量化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對目前聲懸浮器的懸浮能力沒有量化這一問題，提出了一種可以精確測量駐波懸浮力的測量裝置與方法，通過測出的聲懸浮力的數(shù)值，對聲懸浮器的懸浮能力進行量化。本發(fā)明采用杠桿原理，結(jié)構(gòu)簡單、容易操作，可以廣泛的應(yīng)用于聲懸浮器中懸浮力的測量。技術(shù)方案:本發(fā)明可分為兩個部分:杠桿平衡部分和測力部分。杠桿平衡部分:橫梁8與刀座9形成刀撐，刀座9與底座7固接，底座7放置在可水平面內(nèi)移動并且高度可調(diào)的平臺10上，這樣就可以測量小球在任意位置的懸浮力；螺紋桿5與橫梁8固接，調(diào)平螺母6通過螺紋連接可在螺紋桿5上左右轉(zhuǎn)動，小球4有一系列不同的尺寸，小球4上鉆有螺紋，均可與螺紋桿5通過螺紋連接，這樣就可以測量不同尺寸的小球在任意位置的懸浮力；細(xì)桿13與橫梁8固接，與鉆有螺紋的小球16通過螺紋連接；指針11與橫梁8固接，分度盤12與刀座9固接，當(dāng)指針11在分度盤12的中間位置時，橫梁處于水平平衡狀態(tài)。通過杠桿平衡部分，即可把小球16所受到的聲懸浮力的測量，轉(zhuǎn)化為小球4所受到的稱重傳感器的支撐力的測量。測力部分:稱重傳感器3放置在可升降支撐臺2上，通過改變可升降支撐臺2的高度，其高度可調(diào)。通過測力部分，即可測得稱重傳感器對小球4的支撐力。本發(fā)明的優(yōu)點:
1、精確度高(取決于稱重傳感器的測量精度)，并且成本低，結(jié)構(gòu)簡單，容易操作。2、可測出超聲發(fā)射端與反射調(diào)節(jié)端之間不同體積的小球所受的聲懸浮力。3、可測出超聲發(fā)射端與反射調(diào)節(jié)端之間任意位置處的聲懸浮力。


圖1是超聲懸浮力的測量裝置的三維結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是超聲懸浮力的測量裝置的二維結(jié)構(gòu)示意圖。圖1是超聲懸浮力的測量裝置的三維結(jié)構(gòu)示意圖，主要包括支撐架1、可升降支撐臺2、稱重傳感器3、小球4、螺紋桿5、平衡螺母6、底座7、橫梁8、刀座9、可升降平臺10、指針11、分度盤12、細(xì)桿13、小球16。其中螺紋桿5與橫梁8固接；調(diào)平螺母6通過螺紋連接可在螺紋桿5上左右轉(zhuǎn)動；小球4上鉆有螺紋，與螺紋桿5通過螺紋連接；稱重傳感器3放置于可升降支撐臺2上，高度可調(diào)；指針11與橫梁8固接；細(xì)桿13與橫梁8固接，與小球16通過螺紋連接；分度盤12與刀座9固接；刀座9與底座I固接，與橫梁8形成刀承；底座7放置于平臺10上，平臺10可水平面內(nèi)移動且高度可變。
具體實施例方式本裝置是超聲懸浮力的測量裝置，其結(jié)構(gòu)參考圖1和圖2。將橫梁8放置于刀座9上，刀座9與底座7固接，螺紋桿5、細(xì)桿13均固結(jié)在橫梁8上，調(diào)平螺母6通過螺紋連接可在螺紋桿5上左右轉(zhuǎn)動，小球4、小球16分別與螺紋桿5、細(xì)桿13螺紋連接，通過調(diào)節(jié)可升降支撐臺2來調(diào)節(jié)稱重傳感器3的高度，稱重傳感器3與小球4接觸，同時二者之間沒有力的作用。這樣就形成了一個完整的超聲懸浮測力裝置。使用本裝置測量超聲駐波懸浮力時，具體造作步驟如下:1、將小球16放置于超聲發(fā)射端17與反射調(diào)節(jié)端15之間，要測量聲懸浮力的位置處。2、通過調(diào)節(jié)調(diào)平螺母6，使指針11處于分度盤12的中間位置，即:使橫梁8處于水平平衡狀態(tài)。3、通過調(diào)節(jié)可升降支撐臺2來調(diào)節(jié)稱重傳感器3的高度，稱重傳感器3與小球4剛好接觸，同時二者之間沒有力的作用。4、給換能器19接通電源，則稱重傳感器3的顯示表盤上會有示數(shù)，通過讀取稱重傳感器3的示數(shù)，再通過杠桿原理，即可算出超聲懸浮器在小球16所處高度處的懸浮力。5、通過調(diào)節(jié)底座7、稱重傳感器3的高度，重復(fù)步驟1、2、3、4，即可得出該尺寸的小球，在超聲發(fā)射端17與反射調(diào)節(jié)端15之間任意位置處的聲懸浮力。6、通過更換不同尺寸的小球4，重復(fù)步驟1、2、3、4、5，即可得出不同尺寸的小球，在超聲發(fā)射端17與反射調(diào)節(jié)端15之間任意位置處的聲懸浮力。
權(quán)利要求
1.一種聲懸浮力的測量裝置，包括支撐架1、可升降支撐臺2、稱重傳感器3、小球4、螺紋桿5、平衡螺母6、底座7、橫梁8、刀座9、平臺10、指針11、分度盤12、細(xì)桿13、小球16。其特征在于:螺紋桿5與橫梁8固接；調(diào)平螺母6通過螺紋連接可在螺紋桿5上左右轉(zhuǎn)動；小球4有一系列不同的尺寸，小球4上鉆有螺紋，均可與螺紋桿5通過螺紋連接，這樣就可以測量不同尺寸的小球所受的懸浮力；稱重傳感器3放置于可升降支撐臺2上，高度可調(diào)；指針11與橫梁8固接；細(xì)桿13與橫梁8固接，與小球16通過螺紋連接；分度盤12與刀座9固接；刀座9與底座7固接，與橫梁8形成刀承；底座7放置于平臺10上，平臺10可水平面內(nèi)移動且高度可變，這樣就可以測量小球在任意位置的懸浮力。
2.按權(quán)利要求1所述的聲懸浮力的測量裝置，其特征在于:螺紋桿5與橫梁8固接，調(diào)平螺母6通過螺紋連接可在螺紋桿5上左右轉(zhuǎn)動，小球4上鉆有螺紋，與螺紋桿5通過螺紋連接；細(xì)桿13與橫梁8固接，與鉆有螺紋的小球16通過螺紋連接；指針11與橫梁8固接，分度盤12與刀座9固接；橫梁8與刀座9形成刀撐，刀座9與底座7固接，這樣就形成了杠桿平衡部分。通過杠桿平衡部分，使小球16所受到的聲懸浮力的測量，轉(zhuǎn)化為小球4所受到的稱重傳感器的支撐力的測量。
3.按權(quán)利要求1所述的聲懸浮力的測量裝置，其特征在于:稱重傳感器3放置在可升降支撐臺2上，通過改變可升降支撐臺2的高度，其高度可調(diào)，這樣就形成了測力部分。通過測力部分，即可測得稱重傳感器對小球4的支撐力，再通過計算即可得出小球16所受到的聲懸浮力。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超聲懸浮器中懸浮力的測量方法與裝置，屬于測量領(lǐng)域。可分為兩個部分杠桿平衡部分和測力部分。通過杠桿平衡部分可把對聲懸浮力的測量，轉(zhuǎn)化為稱重傳感器的支撐力的測量；通過測力部分，即可測得稱重傳感器對小球4的支撐力，進而通過杠桿原理，即可得出聲懸浮力的具體數(shù)值。本發(fā)明的優(yōu)點在于精確度高(取決于稱重傳感器的測量精度)，并且成本低，結(jié)構(gòu)簡單，容易操作，并且可測出超聲發(fā)射端與反射調(diào)節(jié)端之間任意位置處，不同尺寸的小球所受到的聲懸浮力。
文檔編號G01L1/00GK103115702SQ20131002810
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月5日
發(fā)明者劉建芳, 焦曉陽, 張凱, 路崧 申請人:吉林大學(xué)