CN108036851A - 一种声波在不同温度空气介质中传播速度的测量仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种声波在不同温度空气介质中传播速度的测量仪，它包括微处理器、温度传感器和显示单元，微处理器分别与温度传感器和显示单元相连，温度传感器检测所处空气介质的环境温度并送至微处理器，微处理器根据理论计算公式修正计算得到在此环境温度下的声速值并送至显示单元，显示单元显示出计算得到的当前空气介质的温度下所测得声速。本发明具有的硬件电路结构简单、测量精度高、制作成本低、性价比高、易于携带等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种在不同温度介质中测量声速的仪器，尤其是一种声波在不同温度空气介质中传播速度的测量仪。
背景技术
声波是在弹性媒质中传播的机械波，由于其振动方向与传播方向一致，故声波是纵波。声波的常见特性有频率、波速、波长、声压衰减、相位等，其中，波速的测量对声波定位、探伤、测距等有着重要的意义。
声波在空气媒介质中传播速度的常见测量方法有：共振干涉法(驻波法)和相位比较法。这两种方法在测量过程中有着如下的不足之处：
(1)发射和接收压电换能器之间不是理想的驻波场。
(2)压电换能器的固有频率搜寻时会出现误差。
(3)示波器极大值判断时会存在误差。
(4)李萨如图判别相位差会出现误差。
(5)读数装置的仪器误差。
(6)环境温度不同使得声速测量存在较大误差。
众所周知，介质密度愈大，则声速愈大。在空气中，声速也会因空气温度状态不同而发生变化。如摄氏零度海平面音速约为331.5m/s(1193km/h)，一万米高空音速约为295m/s(1062km/h)，另外每升高1摄氏度，音速就增加0.607m/s。整体来说，温度越高，音速越大。
发明内容
为解决两种测量声波在空气媒介质中传播速度的方法存在的上述问题，本发明提供一种声波在不同温度空气介质中传播速度的测量仪，实现声波在不同温度空气介质中传播速度的精确测量和直观显示。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种声波在不同温度空气介质中传播速度的测量仪，它包括微处理器、温度传感器和显示单元，微处理器分别与温度传感器和显示单元相连，温度传感器检测所处空气介质的环境温度并送至微处理器，微处理器根据理论计算公式修正计算得到在此环境温度下的声速值并送至显示单元，显示单元显示出计算得到的当前空气介质的温度下所测得声速，其中，理论计算公式如下：
式中，v0为t＝0℃时空气中的声速，v0＝331.30m/s，t为实时环境温度。
进一步地，微控制器采用89c52单片机。
进一步地，温度传感器采用DS18B20温度传感器。
进一步地，显示单元采用数码管或液晶显示屏。
进一步地，显示单片采用1602液晶显示屏。
有益效果：
本发明具有的硬件电路结构简单、测量精度高、制作成本低、性价比高、易于携带等优点。
附图说明
图1为本发明的系统框图；
图2为本发明一实施例的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，一种声波在不同温度空气介质中传播速度的测量仪，包括微处理器1、温度传感器2和显示单元3，微处理器1由电源电路4供电，微处理器1由晶振电路5提供一定频率的稳定振荡(脉冲)信号，微处理器1分别与温度传感器2和显示单元3相连，温度传感器2检测所处空气介质的环境温度并送至微处理器1，微处理器1根据理论计算公式修正计算得到在此环境温度下的声速值并送至显示单元3，显示单元3显示出计算得到的当前空气介质的温度下所测得声速，其中，理论计算公式如下：
式中，v0为t＝0℃时空气中的声速，v0＝331.30m/s，t为实时环境温度。
如图2所示，本实施例提出了一种声波在不同温度空气介质中传播速度的测量仪，它包括89c52单片机、DS18B20温度传感器和1602液晶显示屏，89c52单片机的第十四(P3.4/T0)、十五(P3.5/T1)、十六(P3.6/WR)引脚分别与1602液晶显示屏的第六(EN)、四(RS)、五(RW)引脚连接，89c52单片机的第三十二至三十九(P0.7-P0.0)引脚分别与1602液晶显示屏的第十四至七(D7-D0)引脚连接，89c52单片机的第二十三(P2.2)引脚分别与DS18B20温度传感器的第二(DQ)引脚和电阻R的一端连接，电阻R的另一端分别与DS18B20温度传感器的第三(VDD)引脚和VCC连接，DS18B20温度传感器的第一(GND)引脚与GND连接，89c52单片机的第一(P1.0)引脚、第三十一(EA/VPP)引脚均与VCC连接，89c52单片机的第二十(VSS)引脚与GND连接，1602液晶显示屏的第一(GND)引脚与GND连接，1602液晶显示屏的第二(VCC)引脚与VCC连接，1602液晶显示屏的第三(VL)引脚与可变电阻POT2的活动端连接，可变电阻POT2的两个固定端分别与VCC和GND，1602液晶显示屏的第十五(BL+)引脚与VCC连接，1602液晶显示屏的第十六(BL-)引脚与GND连接。
本发明所设计的声波在不同温度空气介质中传播速度的测量仪以智能测量、自动计算和实时显示为出发点，要求温度传感器、微处理器与显示单元协同作业实现对当前温度条件下声速信息的实时检测到实时显示的过程。其目的是针对当前大学物理实验课程条件下，在学习“声速的测量”这一部分的知识时，通过实物演示的方式，让学生们更直观的看到温度对声速的影响；同时，本发明也有一定的市场应用型，可以用于一般的野外科考环境与工程实施环境。
对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (5)
1.一种声波在不同温度空气介质中传播速度的测量仪，它包括微处理器(1)、温度传感器(2)和显示单元(3)，微处理器(1)分别与温度传感器(2)和显示单元(3)相连，其特征在于：所述温度传感器(2)检测所处空气介质的环境温度并送至微处理器(1)，微处理器(1)根据理论计算公式修正计算得到在此环境温度下的声速值并送至显示单元(3)，显示单元(3)显示出计算得到的当前空气介质的温度下所测得声速，其中，理论计算公式如下：
式中，v0为t＝0℃时空气中的声速，v0＝331.30m/s，t为实时环境温度。
2.根据权利要求1所述的声波在不同温度空气介质中传播速度的测量仪，其特征在于：所述微控制器(1)采用89c52单片机。
3.根据权利要求1所述的声波在不同温度空气介质中传播速度的测量仪，其特征在于：所述温度传感器(2)采用DS18B20温度传感器。
4.根据权利要求1所述的声波在不同温度空气介质中传播速度的测量仪，其特征在于：所述显示单元(3)采用数码管或液晶显示屏。
5.根据权利要求4所述的声波在不同温度空气介质中传播速度的测量仪，其特征在于：所述显示单片(3)采用1602液晶显示屏。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109142423A (zh) * | 2018-07-05 | 2019-01-04 | 江苏理工学院 | 一种智能化数字式空气比热容比的测量系统 |
| CN110609161A (zh) * | 2019-09-26 | 2019-12-24 | 江苏理工学院 | 基于stm32的太阳能便携式示波器 |
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| CN2938140Y (zh) * | 2006-06-12 | 2007-08-22 | 黄席樾 | 一种汽车行驶超声波防擦挂预警系统 |
| CN203706523U (zh) * | 2014-02-28 | 2014-07-09 | 浙江海洋学院 | 声速测量实验仪 |
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