CN105157810B - 一种全自动声速测量仪及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种全自动声速测量仪，以上位机控制器为核心，通过数据采集卡采集声波接收器的电压有效值，通过单片机和步进电机驱动器控制步进电机的转动，利用步进电机带动丝杠转动，从而实现声波接收器的运动，以达到对驻波场中各点声波接收器输出电压有效值的自动测量；同时在获得数据后，将不同位置的声波接收器输出电压有效值绘制成二维直角坐标图，从而得到直观的声波接收器输出电压有效值变化与接收器位置关系图，测试完毕后，数据和图片可以保存和输出。与现有技术相比，本发明消除了回程误差的影响，声波接收器的移动和数据的采集均实现了自动化，提高了测量的效率，并且能保存和输出数据。

Description

一种全自动声速测量仪及其测量方法

技术领域

本发明涉及教学实验仪器领域，具体涉及一种全自动声速测量仪及其测量方法。

背景技术

目前，大学物理实验中的声速测量方法主要有两种：驻波法(也叫共振干涉法)和相位比较法，这两种方法使用到的实验仪器有：信号发生器、示波器、声波发射器，声波接收器和精度为0.01mm的螺杆位移系统等。驻波法的测量原理是：按照波动理论，声波发射器发出的平面声波经介质到声波接收器，若接收面与发射面平行，声波在接收面处就会被垂直反射，于是平面声波在两端面间来回反射、叠加，形成驻波，此时，相邻两波节(或波腹)间的距离等于半个波长(即λ/2)。当发生器的激励频率等于驻波系统的固有频率(本实验中压电陶瓷的固有频率)时，会产生驻波共振，形成能量较强的驻波，声波是一种纵波，由纵波的性质可以证明驻波波节处的声波接收器输出电压最大，因此，当接收端面处为一波节时，接收到的声波接收器输出电压最大，转换成的电信号也最强。测量时，如果移动声波接收器到某个位置时，示波器上出现了最强的信号，需记下该位置并继续移动接收器，再次出现最强的信号时，再记下其位置，则两次信号最强的位置之间的距离即为λ/2，驻波法的具体实验方法：在改变声波发生器和声波接收器之间的距离时,可以看到示波器上显示的信号幅度发生周期性的大小变化，即由一个极大变到极小，再变到极大，而幅度每一次周期性的变化，就相当于声波发射器和声波接收器之间的距离改变了λ/2,声波发生器和声波接收器之间距离的改变由螺杆位移系统上的读数系统读出，由信号发生器可读出超声波的频率f，即可利用v＝λf算出声速，这种方法就是驻波法(也叫共振干涉法)，其优点是形象、直观，缺点是信号极大值的位置不易确定，因为并不知道下一时刻的信号强度与这一时刻的信号强度之间的大小关系，通常情况下，接收端停止移动时会错过信号强度极大的位置或不能达到信号强度极大的位置，如果声波接收器反向移动，就会存在空程差；波是振动状态的传播，也可以说是相位的传播。在波的传播方向上的任何两点，如果其振动状态相同或者其相位差为2π的整数倍，这两点间的距离应等于波长的整数倍，从声波发射器发出的超声波通过媒质达到声波接收器，在发射波和接收波之间产生相位差，此相位差和角频率ω(ω＝2πf)，传播时间t,声速v,距离l,波长λ之间有下列关系：可知若要使相位差改变2π,那么,声波发生器和声波接收器的间距l就要相应地改变一个波长λ，于是根据相位差的2π变化，便可以测量出波长来，声波频率由信号发生器读出,依据v＝λf便可算出声速，若超声波发生器发出的声波是平面波，当声波接收器端面垂直于波的传播方向时，其端面上各点都具有相同的相位。沿传播方向移动接收器时，总可以找到—个位置使得声波接收器接收到的信号与声波发射器的激励电信号同相位，继续移动声波接收器，直到找到的信号再一次与声波发射器的激励电信号同相时，移过的这段距离就等于声波的波长，根据李萨如图形测波长时，如果两个谐振动的频率相同，则李萨如图形是椭圆，椭圆的不同形象与两个振动的相位差有关，随着两个振动的相位差从0-π变化,图形会从斜率为正的直线变为橢圆再变为斜率为负的直线，选择判断比较灵敏的即李萨如图形为直线的位置作为测量的起点，每移动一个波长的距离就会重复出现同样斜率的直线，继续缓慢移开声波接收器，依次记下荧光屏上出现斜率为正的直线时接收器的位置读数，即可利用逐差法算出声波波长λ的平均值，由信号发生器可读出超声源的频率f，可利用v＝λf算出声速，这种方法就是相位比较法，其优点是形象、直观，缺点是李萨如图形为直线的位置不易确定准确，有可能椭圆的两边没有重合到最好，稍一调节，可能就过了，往回调会有空程差，不往回调又不准确，陷入两难境地。

可见，目前大学物理实验中使用的驻波法和相位比较法都存在共同的问题，即：都有精密复杂的机械传动装置，在超声波接收器反向移动时，都存在回程差。现有声速测量仪，多数将声波发生器固定在游标卡尺的一端，声波接收器通过滑块固定在游标卡尺上，完全需要手工进行控制，不易准确找到波形最大值位置或李萨如图形为直线的位置，实验误差很大，此外实验所需的示波器也需要单独额外提供，实验步骤操作复杂，从测试仪器发展的趋势上看，总的趋势是自动化，智能化，高效化，可以利用质量更高的数据采集和显示方案，以更加便捷的方法实现声速测量，随着科技的发展进步，以上位机为主控制中心的设计，其优势将逐步彰显。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的目的是提供一种全自动声速测量仪，能从根本上消除回程差，提高数据采集的效率，实时自动绘出声波接收器输出电压有效值与接收器位置关系图并能自动保存数据和图像。

本发明的另一目的是提供一种全自动声速测量仪的测量方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种全自动声速测量仪，包括上位机控制器、信号发生系统、声波接收器位移系统及数据采集系统，所述上位机控制器内部设有C语言编程方式的声速测定软件；所述信号发生系统包括信号发生器，所述信号发生器连接有所述声波发射器；所述数据采集系统包括所述声波接收器，所述声波接收器连接有有效值检测模块，所述有效值检测模块连接有数据采集卡，所述数据采集卡通过一双向转换器与所述上位机控制器相连；所述声波接收器位移系统包括单片机、步进电机驱动器及声波接收器位移装置，所述单片机一端与所述上位机控制器相连，另一端与所述步进电机驱动器相连，所述声波接收器位移装置包括一丝杠，所述丝杠包括一丝杆和设于所述丝杠底部的导轨，所述丝杆在所述丝杠外部连接有步进电机，所述步进电机与所述步进电机驱动器相连，所述丝杆上套接有滑块，所述滑块底部置于所述导轨上，所述丝杠底部还设有固定块，所述声波发射器设于所述固定块的顶部；所述数据采集系统包括声波接收器，所述声波接收器设于所述滑块的顶部，且所述声波接收器和所述声波发射器正对设置，所述声波接收器和所述声波发射器的法线方向与所述丝杆轴向平行，所述声波接收器还连接有有效值检测模块，所述有效值检测模块连接有数据采集卡，所述数据采集卡通过一双向转换器与所述上位机控制器相连；所述全自动声速测量仪还包括专用电源Ⅰ和专用电源Ⅱ，所述有效值检测模块由所述专用电源Ⅰ供电，所述数据采集卡和所述步进电机驱动器由所述专用电源Ⅱ供电。

进一步地，所述声速测定软件显示有设置通信参数、设置测量参数、开始测量、测量数据及绘制曲线、保存数据等功能，所述设置通信参数包括设置采集卡串口和电机串口，所述设置测量参数包括采集数量和采集周期，所述开始测量包括点动测量和自动测量。

所述专用电源Ⅰ和所述专用电源Ⅱ均采用直流稳压电源，所述专用电源Ⅰ设定电压为±5V或±15V，所述专用电源Ⅱ设定电压为12-24V。

所述声波接收器输出端具有的芯线和屏蔽线分别与所述有效检测模块输入端具有的IN和GND相连。

所述有效检测模块输出端具有的DC-OUT和GND分别与所述数据采集卡输入端具有的AIN1和ACOM相连。

所述数据采集卡输出端具有的485G、485A+及485B-分别与所述双向转换器输入端具有的GND、T/R+及T/R-相连。

一种全自动声速测量仪的测量方法，其特征在于包括以下步骤：

1)所述上位机控制器设置好通信参数和测量参数，手动控制开始测量并发出指令给所述单片机，所述单片机给所述步进电机驱动器发脉冲，所述步进电机驱动器驱动所述步进电机转动并带动丝杆的转动，所述滑块也随之步进，同时带动所述声波接收器向所述声波发射器方向步进，此时所述信号发生器源源不断的向声波发射器发出信号，所述声波发射器与所述声波接收器之间形成一个驻波场，所述声波接收器在步进过程中对所述驻波场中各点进行探测，并源源不断发出交流高频信号，通过所述有效值检测模块将所述交流高频信号转化为表示其有效值的直流信号，所述数据采集卡将直流信号进行采集，此时所述声速测定软件将采集到的直流信号绘制成声波接收器输出电压有效值与声波接收器位置关系图，当采集数量达到所述声速测定软件的设定数量后，所述声波接收器停止移动，所述声速测定软件将数据保存并最终导出；

2)通过Origin软件处理所述声速测定软件给出的数据，找出声波接收器输出电压有效值的极大值点并得出平均波长从所述声波发生器读出频率f，得出实际声速已知声速在标准大气压下与传播介质空气的温度关系为v_s＝(331.45+0.59t)，t为环境温度，由此得出绝对误差Δv＝|v-v_s|，相对误差通过对绝对误差和相对误差的比较即可得出本发明的测量精度状况。

本发明以所述上位机控制器为核心，通过所述数据采集卡采集声波接收器的输出电压有效值，通过单片机和步进电机驱动器控制步进电机的转动，利用步进电机带动丝杠转动，从而实现声波接收器的运动，以达到对驻波场中各点声波接收器输出电压有效值大小的自动测量；同时在获得数据后，将不同位置的声波接收器的电压有效值绘制成二维直角坐标图，从而得到直观的声波接收器输出电压有效值变化与接收器位置关系图，测试完毕后，数据和图片可以保存和输出。

本发明利用步进电机带动丝杠以实现声波接收器的移动，不仅代替人工实现了声波接收器的自动化移动，而且容易准确地确定声波接收器的位置，更重要的是消除了回程差。

本发明利用有效值检测模块将声波接收器输出的高频交流电压信号转换为直流电压信号，便于采集和分析，难度小，效果直观。

本发明利用数据采集卡采集有效值检测模块输出的直流电压信号，数据采集卡上的输出端通过双向转换器与上位机控制器相连，不仅电路简单，成本低，而且保证了较高的数据采集效率。

本发明利用所述步进电机驱动器驱动步进电机，所述步进电机驱动器能准确设定步进角，使声波接收器的移动完全按照步进驱动器的指挥均匀移动，使所述声速测定软件能准确绘制出声波接收器输出电压有效值与声波接收器位置关系图，从而提高了本发明的精度。

本发明的有益效果是：本发明采用所述上位机控制器连接的所述数据采集卡直接采集电压值，精确度高，从根本上消除了回程差，消除了实验中的人为误差，极大地提高了采集数据点的效率；采集到的输出电压数据通过所述声速测定软件可以实时绘出声波接收器输出电压有效值与声波接收器位置的关系图，而且能保存、输出数据和图像以供进一步分析和研究使用。

附图说明

下面结合附图及实施例，对本发明的结构及特征做进一步说明。

图1是本发明的方框原理图。

图2是所述声波接收器位移装置的结构示意图及所述声波接收器、所述声波发射器在该装置中的位置示意图。

图3是本发明中所述声速测定软件的流程图。

图4是本发明实施例中所述声速测定软件绘制的声波接收器输出电压有效值与声波接收器位置关系图。

图5是本发明实施例中利用Origin软件处理后的声波接收器输出电压有效值与声波接收器位置关系图。

图2中，1.声波接收器，2.滑块，3.丝杠，4.固定块，5.步进电机，6.声波发射器，7.导轨，8.丝杆。

具体实施方式

参看图1及图2，一种全自动声速测量仪，包括上位机控制器、信号发生系统、声波接收器位移系统及数据采集系统，所述上位机控制器内部设有C语言编程方式的声速测定软件；所述信号发生系统包括信号发生器，所述信号发生器连接有所述声波发射器6；所述数据采集系统包括所述声波接收器1，所述声波接收器1连接有有效值检测模块，所述有效值检测模块连接有数据采集卡，所述数据采集卡通过一双向转换器与所述上位机控制器相连；所述声波接收器位移系统包括单片机、步进电机驱动器及声波接收器位移装置，所述单片机一端与所述上位机控制器相连，另一端与所述步进电机驱动器相连，所述声波接收器位移装置包括一丝杠3，所述丝杠3包括一丝杆8和设于所述丝杠底部的导轨7，所述丝杆8在所述丝杠3外部连接有步进电机5，所述步进电机5与所述步进电机驱动器相连，所述丝杆8上套接有滑块2，所述滑块2底部置于所述导轨7上，所述丝杠3底部还设有固定块4，所述声波发射器6设于所述固定块4的顶部；所述数据采集系统包括声波接收器1，所述声波接收器1设于所述滑块2的顶部，且所述声波接收器1和所述声波发射器6正对设置，所述声波接收器1和所述声波发射器6的法线方向与所述丝杆8轴向平行，所述声波接收器1还连接有有效值检测模块，所述有效值检测模块连接有数据采集卡，所述数据采集卡通过R485转232双向转换器与所述上位机控制器相连；所述全自动声速测量仪还包括专用电源Ⅰ和专用电源Ⅱ，所述有效值检测模块由所述专用电源Ⅰ供电，所述数据采集卡和所述步进电机驱动器由所述专用电源Ⅱ供电。

图3为本发明中所述声速测定软件的流程图。

(1)开始；

(2)设置采集卡串口和电机串口；

(3)设置采集周期和采集次数；

(4)测量数据及绘制曲线；

(5)保存数据。

参看图4，所述声速测定软件显示有设置通信参数、设置测量参数、开始测量、测量数据及绘制曲线、保存数据等功能，所述设置通信参数包括设置采集卡串口和电机串口，所述设置测量参数包括采集数量和采集周期，所述开始测量包括点动测量和自动测量，点动测量可帮助使用者在测量前将信号源的激励频率调节到驻波系统的固有频率，产生驻波共振，使波腹处振幅达到最大，所述测量数据及绘制的曲线即为声波接收器输出电压有效值与声波接收器位置关系图。

参看图1、图2、图3及图4中，利用本发明采集20mm范围内各点的声波接收器输出电压有效值情况，所述上位机控制器设置好通信参数和测量参数，手动控制开始测量并发出指令给所述单片机，所述单片机给所述步进电机驱动器发脉冲，所述步进电机驱动器经过参数设定后，驱动所述步进电机转动并带动丝杆的转动，所述滑块也随之步进，同时带动所述声波接收器向所述声波发射器方向步进，此时所述信号发生器源源不断的向声波发射器发出信号，所述声波发射器与所述声波接收器之间形成一个驻波场，所述声波接收器在步进过程中源源不断发出交流高频信号，通过所述有效值检测模块将所述交流高频信号转化为表示其有效值的直流信号，所述数据采集卡将直流信号进行采集，此时所述声速测定软件将采集到的直流信号绘制成声波接收器输出电压与声波接收器位置关系图，当采集数量达到所述声速测定软件的设定数量后，所述声波接收器停止移动，所述声速测定软件将数据保存并最终导出。用信号线将声波发射器与信号发生器的50Ω输出端相连，信号源的波形选择正弦波，根据点动测量时测试界面显示的信号强度将信号源的频率调整到共振频率40.58KHz，信号源的幅度V_PP调为11.1V，利用室内温度计读出室内温度为t＝15℃。本发明在测量过程中可以使用自动测量方式，这样声波接收器就自动沿着丝杠的轴向扫描，就可以对扫描区域内各点的声波接收器输出电压情况进行探测，不仅降低了实现的难度和成本，而且保证了测量的效率。

将本发明中的所述声速测定软件保存的数据用Origin软件处理，可得到声波接收器输出电压变化与声波接收器位置的关系图，如图5所示。比较可知，声速测定软件给出的声波接收器输出电压变化与声波接收器位置的关系图与Origin软件处理得到的声波接收器输出电压变化与接收器位置的关系图反映的规律是一样的，只不过，Origin软件给出的声波接收器输出电压变化曲线更平滑，处理更方便一些。利用Origin软件的寻峰功能，可以快速将声波接收器输出电压极大值点找出来，求出平均波长由信号发生器读出频率f＝39.95KHz，所以v＝λf＝342.238m/S。已知声速在标准大气压下与传播介质空气的温度关系为v_s＝(331.45+0.59t)，将t＝15℃代入后，得到标准声速v_s＝(331.45+0.59t)＝340.30m/S，绝对误差Δv＝|v-v_s|＝1.938m/S，相对误差这个误差是很小的，说明本发明具有较高的精度。

对于测量数据点位置和测量数目的选取，利用步进电机驱动器的细分功能，可将步进电机的步距角设为0.9°，已知丝杆的导程为4mm，因此步进电机每走一步，排探针在竖直方向移动0.01mm，考虑到有效值检测模块和采集卡的速度，脉冲周期要在250mS以上，因此选取数据采集周期为300mS。由于超声发射器和超声接收器的共振频率约为40KHz，超声波的波长约为8.5mm，所以驻波相邻的波腹之间距离约为4.25mm，只要测试距离达到20mm，就可以测到至少4个波腹位置，可以方便、准确地计算出声波的波长。由于每隔0.01mm就要测一次数据，这样总共需要测量的数据个数为2000个，测量一次需要的总时间约为10分钟。

本发明实施例中使用的丝杆的导程是4mm，如果使用的丝杆导程变的更小，声波接收器的移动幅度将会更小，从声速测定软件中输出的数据将会更加精确，从而测量的精度会更高。

对于有效值检测模块来说，声波接收器产生的电压信号是频率约40KHz的交变信号，如果直接用采集卡采集声波接收器在某一位置的信号，由于信号是交变的，采集的时间与信号之间没有关联，就可能采到处在负的最大值到正的最大值间的任意一个数值。不同位置之间的数值没有任何可比性，因此是无效的。而有效值检测模块可以把外部输入的交流信号转变成表示其有效值的直流信号输出，可以计算各种复杂波形的真有效值。把声波接收器产生的电压信号输入给有效值检测模块，有效值检测模块输出的直流信号就可以反映声波接收器所在处输出电压的大小。当声波接收器运动时，有效值检测模块输出的直流信号的变化就反映出声压随声波接收器位置的变化情况，这样就可以实现声波波长的测量。

对于数据的显示与储存来说，测试出2000个测试点的数据，每一个点都有自己的横坐标和电压值，而我们想要得到的是声波接收器输出电压有效值的变化与接收器位置的关系图。本发明中的声速测定软件具有绘图功能，图4所示横坐标代表声波接收器的位置，纵坐标代表输出电压的有效值，每测量一个数据，图上就绘制一个点，当数据多了以后，这些点就排列成一条曲线，曲线的起伏，反应了声压随声波接收器位置变化的情况，软件可以将测量数据以Excel格式保存和输出，数据拷贝后，可以利用Origin软件进行进一步分析和处理。由于相邻的两个声波接收器输出电压有效值的极大值之间的水平距离刚好等于λ/2。而相邻数据点的水平距离是0.01mm，因此，可以方便地确定出波长。频率可以从信号发生器上直接读出，利用v＝λf就可以计算出声速。

本发明中的数据采集卡选用长空电子生产的20路RS485采集卡。电源1的+12V_A,-12V_A,GND分别与有效值检测模块的V+,V-和GND连接，给有效值检测模块供电。RS485采集卡的V+和步进电机驱动器的DC电源的连接后共同接到电源2的正极，RS485采集卡的V-和步进电机驱动器的DC电源的连接后共同接到电源2的负极。

声波接收器输出端的芯线与有效值检测模块的输入端的IN相连，声波接收器输出端的屏蔽线与有效值检测模块输入端的GND相连；有效值检测模块输出端的DC-OUT与采集卡的输入端AIN1相连，有效值检测模块输出端的GND极与采集卡的ACOM相连；RS485采集卡的485G接到RS485转232双向转换器的GND，RS485采集卡的485A+接到RS485转232双向转换器的T/R+，RS485采集卡的485B-接到RS485转232双向转换器的T/R-。RS485转232双向转换器的串口端与上位机的串口通过九针串口线连接。

步进电机的四根线分别与步进电机驱动器的A+、A-、B+、B-连接。步进电机驱动器的VCC和GND分别与电源2的正极和负极连接。步进电机驱动器的PUL+(+5V)和DIR+(+5V)并联后接STC89C52单片机的P40口。步进电机驱动器的PUL-(PUL)接STC89C52单片机的P8口。步进电机驱动器的DIR-(DIR)接STC89C52单片机的P7口。STC89C52单片机的P20口接地。STC89C52单片机的P18口与P19口之间接一个11.0592MHz的晶振。STC89C52单片机的P10口和P11口通过USB线与上位机的USB接口连接。

传统的声速测量需要寻找声波接收器输出电压极大值的位置或李萨如图形为直线的位置，通常的做法是用连接示波器的声波接收器在被测区域内逐处测量，一边移动声波接收器一边观察示波器，当示波器显示到达目标位置时，停止移动声波接收器，将该点的位置读数记录下来。然后重复上述操作，直到找到8-12个目标位置。在寻点过程中，因为并不知道下一时刻的信号强度与这一时刻的信号强度之间的大小关系，通常情况下，接收端停止移动时会错过信号强度极大的位置或不能达到信号强度极大的位置。如果声波接收器反向移动，就会存在回程差，所以，寻点的效率特别低。本发明利用上位机控制器通过数据采集卡和有效值检测模块直接量化和采集声波接收器探测到的电压值，通过声速测定软件直接给出声波接收器输出电压有效值的变化与接收器位置关系图；利用单片机、步进电机驱动器，步进电机和丝杠导轨实现声波接收器的移动，不仅效率高，而且准确度高。此外，本发明在测量各点的声波接收器输出电压有效值的过程中，声波接收器始终朝一个方向运动，直至测量结束，利用软件直接给出声波接收器输出电压有效值与接收器位置关系图。和传统的声速测量仪相比，从根本上克服了回程误差。

本发明消除了回程误差，声波接收器的运动、数据的量化、采集、存储均实现了自动化，大大提高了数据采集的效率。采集的同时，上位机实时自动绘出声波接收器输出电压有效值与接收器位置关系图。本发明原理简单、成本低廉、容易操作、效果直观，完全可以取代传统的手动声速测量，在声速的测量，教学和研究方面具有重要意义，具有一定的推广价值。

以上所描述的仅为本发明的较佳实施例，上述具体实施例不是对本发明的限制，凡本领域的普通技术人员根据以上描述所做的润饰、修改或等同替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种全自动声速测量方法，该测量方法是通过全自动声速测量仪来实现的，所述全自动声速测量仪包括上位机控制器、信号发生系统、声波接收器位移系统及数据采集系统，其特征在于：所述上位机控制器内部设有C语言编程方式的声速测定软件；所述信号发生系统包括信号发生器，所述信号发生器连接有所述声波发射器；所述数据采集系统包括一声波接收器，所述声波接收器连接有有效值检测模块，所述有效值检测模块连接有数据采集卡，所述数据采集卡通过一双向转换器与所述上位机控制器相连；所述声波接收器位移系统包括单片机、步进电机驱动器及声波接收器位移装置，所述单片机一端与所述上位机控制器相连，另一端与所述步进电机驱动器相连，所述声波接收器位移装置包括一丝杠，所述丝杠包括一丝杆和设于所述丝杠底部的导轨，所述丝杆在所述丝杠外部连接有步进电机，所述步进电机与所述步进电机驱动器相连，所述丝杆上套接有滑块，所述滑块底部置于所述导轨上，所述丝杠底部还设有固定块，所述声波发射器设于所述固定块的顶部；所述声波接收器设于所述滑块的顶部，且所述声波接收器和所述声波发射器正对设置，所述声波接收器和所述声波发射器的法线方向与所述丝杆轴向平行；所述全自动声速测量仪还包括专用电源Ⅰ和专用电源Ⅱ，所述有效值检测模块由所述专用电源Ⅰ供电，所述数据采集卡和所述步进电机驱动器由所述专用电源Ⅱ供电；

所述声速测定软件显示有设置通信参数、设置测量参数、开始测量、测量数据及绘制曲线、保存数据等功能，所述设置通信参数包括设置采集卡串口和电机串口，所述设置测量参数包括采集数量和采集周期，所述开始测量包括点动测量和自动测量；

所述专用电源Ⅰ和专用电源Ⅱ均采用直流稳压电源，所述电源Ⅰ设定电压为±5V或±15V，所述电源Ⅱ设定电压为12-24V；

所述声波接收器输出端具有的芯线和屏蔽线分别与所述有效检测模块输入端具有的IN和GND相连；

所述有效检测模块输出端具有的DC-OUT和GND分别与所述数据采集卡输入端具有的AIN1和ACOM相连；

所述数据采集卡输出端具有的485G、485A+及485B-分别与所述双向转换器输入端具有的GND、T/R+及T/R-相连；

所述全自动声速测量方法，是通过以下步骤来实现的：

1)所述上位机控制器设置好通信参数和测量参数，手动控制开始测量并发出指令给所述单片机，所述单片机给所述步进电机驱动器发脉冲，所述步进电机驱动器驱动所述步进电机转动并带动丝杆的转动，所述滑块也随之步进，同时带动所述声波接收器向所述声波发射器方向步进，此时所述信号发生器源源不断的向声波发射器发出信号，所述声波发射器与所述声波接收器之间形成一个驻波场，所述声波接收器在步进过程中对所述驻波场中各点进行探测，并源源不断发出交流高频信号，通过所述有效值检测模块将所述交流高频信号转化为表示其有效值的直流信号，所述数据采集卡将直流信号进行采集，此时所述声速测定软件将采集到的直流信号绘制成声波接收器输出电压有效值与声波接收器位置关系图，当采集数量达到所述声速测定软件的设定数量后，所述声波接收器停止移动，所述声速测定软件将数据保存并最终导出；

2)通过Origin软件处理所述声速测定软件给出的数据，找出声波接收器输出电压有效值的极大值点并得出平均波长从所述声波发生器读出频率f，得出实际声速已知声速在标准大气压下与传播介质空气的温度关系为v_s＝(331.45+0.59t)，t为环境温度，由此得出绝对误差Δv＝|v-v_s|，相对误差通过对绝对误差和相对误差的比较即可得出测量精度状况。