一種智能聲速測量實驗裝置的制造方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及物理實驗裝置與電子信息技術(shù)領域，具體地說是一種自動記錄并處理 在聲速測量實驗中相關(guān)數(shù)據(jù)的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 聲速是描述聲波在媒介中傳播特性的物理量。聲速測定技術(shù)已得到廣泛地應用。 聲波的傳播需要媒質(zhì)，聲波在媒質(zhì)中的傳播速度與該媒質(zhì)的特性及狀態(tài)等因素有關(guān)。因此， 通過對聲速的測定，還可以了解被測媒質(zhì)的特性及狀態(tài)變化，可見聲速測定在實際生產(chǎn)和 生活上具有一定的實用意義。
[0003] 聲速測量實驗也是大學物理實驗教學的重要組成部分，然而傳統(tǒng)的聲速測量裝置 需要結(jié)合信號發(fā)生器和示波器兩種造價較高的實驗儀器，且實驗過程存在著操作過程繁 雜、耗時長、易出錯、測量精度低等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種不需要信號發(fā)生器和 示波器，自動記錄聲速測量中相關(guān)數(shù)據(jù)的實驗裝置，具體技術(shù)方案為：
[0005] -種智能聲速測量實驗裝置，包括機械測量裝置、控制處理電路和機箱；
[0006] 所述機械測量裝置位于所述機箱上面，包括固定板、超聲波發(fā)射頭、超聲波接收 頭、游標、主尺、副尺、移動支架、絲杠、手柄、第一齒輪、第二齒輪、增量型編碼器；
[0007] 所述固定板固定在所述機箱兩端上方，所述主尺兩端分別固定在所述固定板上、 并且水平放置，所述主尺下面設有凹槽；所述超聲波發(fā)射頭固定在左側(cè)固定板上；所述絲 杠穿過所述移動支架、所述絲杠兩端分別固定在所述固定板上、所述絲杠位于所述主尺下 方并且與所述主尺平行；所述移動支架與所述絲杠相垂直，所述移動支架上與所述絲杠連 接處設有螺紋，所述移動支架的上端設有凸塊和游標，所述凸塊卡入所述主尺下面的凹槽 內(nèi)并且能夠沿所述凹槽滑動、所述游標能夠沿所述主尺上面滑動，所述移動支架下端安裝 超聲波接收頭，所述超聲波接收頭與所述超聲波發(fā)射頭在同一水平線上相面對安裝；
[0008] 所述增量型編碼器固定在左側(cè)固定板上，所述第二齒輪與所述絲杠的一端同軸固 定，所述第一齒輪與所述第二齒輪嚙合，所述第一齒輪固定在所述增量型編碼器的軸上；
[0009] 所述手柄與所述副尺固定連接，所述副尺和所述絲杜的另一端固定連接；
[0010] 所述控制處理電路位于所述機箱內(nèi)部，所述控制處理電路一方面驅(qū)動超聲波發(fā)射 頭發(fā)射超聲波，另一方面將超聲波接收頭接收的超聲波信號進行處理、計算超聲波的傳播 速度，并和外圍設備之間進行信息傳輸。
[0011] 進一步，所述控制處理電路包括微處理器、功率放大器、帶通濾波器、自動增益控 制器、放大器、波形整形電路、相差比較電路和濾波電容；所述帶通濾波器、所述自動增益控 制器、所述放大器、所述波形整形電路、所述相差比較電路、所述濾波電容、所述微處理器和 所述功率放大器依次相連接，所述功率放大器的輸入端連接所述相差比較電路的一個輸入 端，所述波形整形電路的一個輸出端連接所述微處理器，所述功率放大器的輸出連接所述 超聲波發(fā)射頭，所述超聲波接收頭連接所述帶通濾波器；所述增量型編碼器的輸出連接所 述微處理器。
[0012] 進一步，所述增量型編碼器位于左側(cè)固定板的外側(cè)，所述第一齒輪和所述第二齒 輪位于左側(cè)固定板的內(nèi)側(cè)。
[0013] 進一步，所述手柄和所述副尺位于右側(cè)固定板的外側(cè)。
[0014] 進一步，所述外圍設備設置在所述機箱箱體上，包括指示燈、液晶顯示屏、電源開 關(guān)、按鍵、信號輸出接口和信號選擇旋鈕、功率放大器輸出接口、接收信號輸入接口；所述指 示燈、所述液晶顯示屏、所述信號選擇旋鈕和所述按鍵均與所述微處理器相連接。
[0015] 進一步，所述控制處理電路還包括溫度檢測模塊，所述溫度檢測模塊的輸出連接 所述微處理器，所述溫度檢測模塊用于實時檢測環(huán)境溫度。
[0016] 進一步，所述微處理器采用STM32單片機，所述帶通濾波器包括運算放大器0P07 和外圍電路，所述自動增益控制器包括AD603和外圍電路，所述放大器包括運算放大器 0P07和外圍電路，所述波形整形電路包括LM393和外圍電路，所述相差比較電路包括異或 門74LS86 ;所述溫度檢測模塊包括DS18B20。
[0017] 進一步，所述絲杠兩端分別通過軸承與所述固定板連接；所述手柄通過螺紋與所 述副尺固定連接。
[0018] 和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
[0019] 傳統(tǒng)的聲速測量裝置需要結(jié)合信號發(fā)生器和示波器兩種造價較高的實驗儀器，且 實驗過程存在著操作過程繁雜、耗時長、易出錯、測量精度低等問題；本發(fā)明提出的智能聲 速測量實驗裝置成本低、操作簡單、精度高；實際使用時既可以采用相位比較法也可以采用 時差法進行聲速測量實驗。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明智能聲速測量實驗裝置的正面圖；
[0021] 圖2為本發(fā)明智能聲速測量實驗裝置的立體圖；
[0022] 圖3為本發(fā)明智能聲速測量實驗裝置中的控制處理電路框圖；
[0023] 圖4信號選擇輸出的原理框圖。
[0024] 圖中標記，1-信號選擇旋鈕，2-信號輸出接口，3-超聲波發(fā)射頭，4-增量型編碼 器，5-第一齒輪，6-第二齒輪，7-固定板，8-超聲波接收頭，9-移動支架，10-游標，11-絲 杠，12-主尺，13-副尺，14-手柄，15-電源開關(guān)，16-機箱，17-功率放大器輸出接口，18-接 收信號輸入接口，19-按鍵，20-指示燈，21-液晶顯示屏。
【具體實施方式】
[0025] 首先聲明：在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語"中心"、"縱向"、"橫向"、"上"、 "下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"豎直"、"水平"、"頂"、"底"、"內(nèi)"、"外"等指示的方位或位置 關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指 示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理 解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語"第一"、"第二"僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗 示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有"第一"、"第二"的特 征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。
[0026] 本發(fā)明提出了 一種智能聲速測量實驗裝置，整個實驗裝置電路部分以微處理器為 核心，外圍主要由功率放大器、帶通濾波器、自動增益控制器、放大器，波形整形電路、相差 比較電路、濾波電容、溫度檢測模塊、按鍵19、指示燈20、液晶顯示屏21等組成（如圖3所 示）。微處理器輸出頻率為f的方波信號si，經(jīng)功率放大器驅(qū)動超聲波發(fā)射頭3發(fā)射頻率為 f相位為α超聲波；超聲波接收頭8接收到相位為β的超聲波，將超聲波轉(zhuǎn)化成電信號， 帶通濾波器濾除電信號中的雜波；自動增益控制器使電信號的幅值穩(wěn)定；放大器將電信號 進行放大處理；波形整形電路將電信號轉(zhuǎn)化成方波信號S3。方波信號si與S3經(jīng)相差比較 電路處理后輸出矩形波電信號s4 ;電信號s4經(jīng)濾波電容后變成直流電信號s5 ;微處理器 采集電信號s5的電壓值并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，判斷信號si與信號S3的相位差；從而判斷發(fā)射 超聲波與接收超聲波的相位差。按鍵19包括菜單鍵、上移按鍵、下移按鍵、確定按鍵，按鍵 用于切換實驗模式和控制實驗的開始與結(jié)束。液晶顯示屏21用于顯示實驗過程中的相關(guān) 數(shù)據(jù)。指示燈20用于指示實驗過程中的狀態(tài)。
[0027] 如圖1、圖2所示，實驗裝置的機械測量部分位于機箱16上面，包括固定板7、超聲 波發(fā)射頭3、超聲波接收頭8、游標10、主尺12、副尺13、移動支架9、絲杠11、手柄14、第一 齒輪5、第二齒輪6、增量型編碼器4 ;固定板7為兩個，分別固定在機箱16兩端上方，主尺 12的兩端分別固定在固定板7上，主尺12下面設有凹槽，絲杠11與移動支架9相垂直、并 且絲杠11穿過移動支架9后兩端分別通過軸承固定在固定板7上，超聲波發(fā)射頭3固定在 左側(cè)固定板7上，超聲波接收頭8和游標10分別固定在移動支架9的下端和上端，移動支 架9內(nèi)有螺紋可與絲杠11螺旋配合，絲杠上端還設有凸塊，所述凸塊卡入主尺下面的凹槽 內(nèi)并且能夠沿凹槽滑動，游標能夠在主尺上面滑動，絲杠11轉(zhuǎn)動