速值，通過上移按鍵、下移按鍵查看實(shí)驗(yàn)開始時(shí)的環(huán)境溫度、聲速理論值、聲速測(cè)量值、 相對(duì)誤差和每一次測(cè)得的距離X和時(shí)間t，以及使用最小二乘法進(jìn)行曲線擬合出的以時(shí)間t 為自變量，距離X為因變量的直線方程。
[0034] 在實(shí)施聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)時(shí)，不僅可以通過液晶顯示屏21和指示燈20觀察超聲波接 收頭8的位置坐標(biāo)、發(fā)射超聲波與接收超聲波的相位差，還可以通過主尺12和副尺13讀取 超聲波接收頭8的位置坐標(biāo)信息，用導(dǎo)線將示波器連接信號(hào)輸出接口 2來觀察發(fā)射信號(hào)、接 收到的超聲波所轉(zhuǎn)換成的電信號(hào)以及經(jīng)過帶通濾波器、自動(dòng)增益控制器、放大器、波形整形 電路、相差比較電路處理后輸出的波形。信號(hào)輸出接口 2共有4個(gè)，編號(hào)為2-1、2-2、2-3、 2-4, 2-1輸出微處理器輸出的方波信號(hào)經(jīng)過濾波器處理后的正弦信號(hào)，表不發(fā)射超聲波的 電信號(hào)，2-2輸出超聲波接收頭8接收到的超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)化成的電信號(hào)，2-3輸出波形整形 電路和相差比較電路經(jīng)過多路模擬開關(guān)后輸出的電信號(hào)，2-4輸出帶通濾波器、自動(dòng)增益控 制器、放大器、濾波電容輸出的電信號(hào)經(jīng)過多路模擬開關(guān)后的電信號(hào)。通過信號(hào)選擇旋鈕 1 (共有2個(gè)信號(hào)選擇旋鈕，分別為信號(hào)選擇旋鈕A和信號(hào)選擇旋鈕B)來選擇信號(hào)輸出接口 2輸出的信號(hào)：信號(hào)選擇旋鈕1和旋轉(zhuǎn)編碼開關(guān)的軸固定，旋轉(zhuǎn)編碼開關(guān)是指具有一組有規(guī) 律且嚴(yán)格時(shí)序脈沖的開關(guān)電子元器件，通過與IC的配合，起到遞增，遞減，翻頁等功能；旋 轉(zhuǎn)編碼開關(guān)輸出相位相差90度的兩路信號(hào)，微處理器捕獲旋轉(zhuǎn)編碼開關(guān)輸出的信號(hào)可以 判斷旋鈕旋到的位置，然后控制多路模擬開關(guān)打開對(duì)應(yīng)的通道，輸出所需信號(hào)。
[0035] 圖4為信號(hào)選擇輸出的原理框圖。超聲波接收頭8接收到的信號(hào)、帶通濾波器輸出 的信號(hào)、自動(dòng)增益控制器輸出的信號(hào)、經(jīng)濾波電容濾波后輸出的信號(hào)分別接多路模擬開關(guān)A 的A路的4個(gè)獨(dú)立輸入通道，多路模擬開關(guān)A的A路共用輸出通道接到信號(hào)輸出接口 2的 2-4,多路模擬開關(guān)A的兩個(gè)選擇輸入端分別接微處理器的兩個(gè)輸入/輸出口（10 口）；相 差比較電路輸出的信號(hào)、波形整形電路輸出的信號(hào)分別接多路模擬開關(guān)B的A路的4個(gè)獨(dú) 立輸入通道的其中兩個(gè)，多路模擬開關(guān)B的A路共用輸出通道接到信號(hào)輸出接口 2的2-3， 多路模擬開關(guān)B的兩個(gè)選擇輸入端分別接微處理器的兩個(gè)輸入/輸出口（10 口）。
[0036] 所述帶通濾波器由運(yùn)算放大器0P07和外圍電路構(gòu)成，自動(dòng)增益控制器由AD603和 外圍電路構(gòu)成，放大器由運(yùn)算放大器0P07和外圍電路構(gòu)成，波形整形電路由LM393和外圍 電路構(gòu)成，相差比較電路由異或門74LS86構(gòu)成；多路模擬開關(guān)為74HC4052,溫度檢測(cè)模塊 由DS18B20構(gòu)成，微處理器為STM32單片機(jī)。
[0037] 以上所述僅用于描述本發(fā)明的技術(shù)方案，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，所應(yīng) 理解，在不違背本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容和精神的前提下，所作任何修改、改進(jìn)和等同替換等都將 落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種智能聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，包括機(jī)械測(cè)量裝置、控制處理電路和機(jī)箱 (16)； 所述機(jī)械測(cè)量裝置位于所述機(jī)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(biāo)（10)、主尺（12)、副尺（13)、移動(dòng)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); 所述固定板（7)固定在所述機(jī)箱（16)兩端上方，所述主尺（12)兩端分別固定在所述 固定板（7)上、并且水平放置，所述主尺下面設(shè)有凹槽；所述超聲波發(fā)射頭（3)固定在左側(cè) 固定板（7)上；所述絲杠（11)穿過所述移動(dòng)支架（9)、所述絲杠（11)兩端分別固定在所述 固定板（7)上、所述絲杠（11)位于所述主尺（12)下方并且與所述主尺（12)平行；所述移 動(dòng)支架（9)與所述絲杠（11)相垂直，所述移動(dòng)支架（9)上與所述絲杠（11)連接處設(shè)有螺 紋，所述移動(dòng)支架（9)的上端設(shè)有凸塊和游標(biāo)（10)，所述凸塊卡入所述主尺（12)下面的凹 槽內(nèi)并且能夠沿所述凹槽滑動(dòng)、所述游標(biāo)（10)能夠沿所述主尺上面（12)滑動(dòng)，所述移動(dòng)支 架（9)下端安裝超聲波接收頭（8)，所述超聲波接收頭（8)與所述超聲波發(fā)射頭（3)在同一 水平線上相面對(duì)安裝； 所述增量型編碼器（4)固定在左側(cè)固定板（7)上，所述第二齒輪（6)與所述絲杠（11) 的一端同軸固定，所述第一齒輪（5)與所述第二齒輪（6)嚙合，所述第一齒輪（5)固定在所 述增量型編碼器（4)的軸上； 所述手柄（14)與所述副尺（13)固定連接，所述副尺（13)和所述絲杠（11)的另一端 固定連接； 所述控制處理電路位于所述機(jī)箱（16)內(nèi)部，所述控制處理電路一方面驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā) 射頭（3)發(fā)射超聲波、另一方面將超聲波接收頭（8)接收的超聲波信號(hào)進(jìn)行處理、計(jì)算超聲 波的傳播速度，并和外圍設(shè)備之間進(jìn)行信息傳輸。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，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(dòng)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(dòng)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(gè)輸入端，所述波形整形電路的一個(gè) 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（3)，所述超聲波 接收頭（8)連接所述帶通濾波器；所述增量型編碼器（4)的輸出連接所述微處理器。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述增量型編碼 器（4)位于左側(cè)固定板（7)的外側(cè)，所述第一齒輪（5)和所述第二齒輪（6)位于左側(cè)固定 板⑵的內(nèi)側(cè)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述手柄（14)和 所述副尺（13)位于右側(cè)固定板（7)的外側(cè)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述外圍設(shè)備設(shè) 置在所述機(jī)箱（16)箱體上，包括指示燈（20)、液晶顯示屏（21)、電源開關(guān)（15)、按鍵（19)、 信號(hào)輸出接口（2)和信號(hào)選擇旋鈕（1)、功率放大器輸出接口（17)、接收信號(hào)輸入接口 (18);所述指示燈（20)、所述液晶顯示屏（21)、所述信號(hào)選擇旋鈕（1)和所述按鍵（19)均 與所述控制處理電路相連接。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種智能聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述控制處理電 路還包括溫度檢測(cè)模塊，所述溫度檢測(cè)模塊的輸出連接所述微處理器，所述溫度檢測(cè)模塊 用于實(shí)時(shí)檢測(cè)環(huán)境溫度。7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種智能聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述微處理器采 用STM32單片機(jī)，所述帶通濾波器包括運(yùn)算放大器0P07和外圍電路，所述自動(dòng)增益控制器 包括AD603和外圍電路，所述放大器包括運(yùn)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。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述絲杠（11)兩 端分別通過軸承與所述固定板（7)連接；所述手柄（14)通過螺紋與所述副尺（13)固定連 接。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種智能聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置，屬于物理實(shí)驗(yàn)裝置和電子信息技術(shù)領(lǐng)域，包括機(jī)械測(cè)量裝置、控制處理電路和機(jī)箱；機(jī)械測(cè)量裝置位于所述機(jī)箱上面，包括固定板、超聲波發(fā)射頭、超聲波接收頭、游標(biāo)、主尺、副尺、移動(dòng)支架、絲杠、手柄、第一齒輪、第二齒輪、增量型編碼器；控制處理電路位于所述機(jī)箱內(nèi)部，控制處理電路一方面驅(qū)動(dòng)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(hào)進(jìn)行處理、計(jì)算超聲波的傳播速度，并和外圍設(shè)備之間進(jìn)行信息傳輸。本實(shí)用新型提出的智能聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置成本低、操作簡(jiǎn)單、精度高，不需要信號(hào)發(fā)生器和示波器兩種造價(jià)較高的儀器；實(shí)際使用時(shí)既可以采用相位比較法也可以采用時(shí)差法進(jìn)行聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)。
【IPC分類】G01H5/00, G09B23/14
【公開號(hào)】CN204831535
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520419886
【發(fā)明人】王國余, 印漢銘, 胡方圓, 孫金林
【申請(qǐng)人】江蘇大學(xué)
【公開日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年6月17日