CN110796930A - 一种固体与液体驻波测定实验装置 - Google Patents

一种固体与液体驻波测定实验装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种固体与液体驻波测定实验装置，包括底板、分别位于所述底板两端的固定振荡器支架、分别与两个固定振荡器支架连接的两个振荡器调节支撑杆、位于所述振荡器调节支撑杆上方的传动振动波的介质固体板槽，所述传动振动波的介质固体板槽内盛装有波形测试传输显示介质；两个振荡器调节支撑杆和传动振动波的介质固体板槽之间分别设有两个电磁振荡发生器；所述传动振动波的介质固体板槽的内侧设有刻度尺。本发明的固体与液体驻波测定实验装置具有仪器装置简单，实验操作便捷，综合性强，实时、明确显示固体液体驻波的形成过程及稳定分布，驻波现象直观、清晰、可视、测试准确，测试结果易于诠释和揭示固体或液体驻波理论等特点。

Description

一种固体与液体驻波测定实验装置
技术领域
本发明属于工程测试分析和实验实践教学的技术领域，尤其涉及一种固体与液体驻波测定实验装置。
背景技术
在工程质量鉴定及检测中，振动和波动测试方法技术有很多，它以物理学的理论、方法及仪器设备来研究自然和人类活动，地震波勘查技术、超声波测试技术、应力波反射波动测试、瑞利波测试技术、振害烈度测试技术等，在社会的工程建设中，振动与波动的测试技术起到了举足轻重的作用。
现有振动与波动测试技术和实验方法中对驻波振动，尤其固体、液体包括示踪粒子空间振动直观显示与直接测试技术的发展，当今的弦线上的驻波振动与测量研究非常丰富，并揭示出了驻波当中的半波损失现象及理论，指导着波传播过程遇到不同介子反射时的工程实际应用，但在固体与液体中形成驻波的表象振动显示技术和仪器装置很少，没有达到科学普及程度。
近年来，除了弦线驻波的实验技术与仪器装置方面发展，也迅速掀起对气体驻波和液体驻波的显示技术与实验装置等研究，并开展气液体驻波驱动介质类型的应用研究，以及固液气体的综合研究，改变了弦线驻波的单一模式，固体、液体驻波实验直观简单地实现驻波形成的规律性研究已经兴起。
目前关于驻波在固体与液体的形成显示技术和实验装置研究，正在从电动机壳上的灰尘传播振动和“渔洗”的液体传播振动现象解释向专业的实验仪器设备测试方向发展，揭示驻波现象现在生活和生产中的作用，一种固体、液体驻波测定实验装置的设计是认识和研究固体驻波及液体驻波形成过程最好的直观简便方法。
发明内容
基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种固体与液体驻波测定实验装置，实时、直观、明确显示固体与液体驻波的形成过程及稳定分布，又可准确测定驻波的波腹波节位置、波腹波节数量、波动强度、振动频率等物理量，为进一步研究振动和振动波现象及应用提供实验方法和实验仪器装备。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：本发明提供一种固体与液体驻波测定实验装置，包括底板、分别位于所述底板两端的固定振荡器支架、分别与两个固定振荡器支架连接的两个振荡器调节支撑杆、位于所述振荡器调节支撑杆上方的传动振动波的介质固体板槽，所述传动振动波的介质固体板槽内盛装有波形测试传输显示介质；
两个振荡器调节支撑杆和传动振动波的介质固体板槽之间分别设有两个电磁振荡发生器，用于发出震荡使所述传动振动波的介质固体板槽内盛装的波形测试传输显示介质产生波动及波动的传播；
所述传动振动波的介质固体板槽的内侧设有刻度尺，用于读取波形测试传输显示介质产生的波动的坐标，以获得测定分析固体、液体驻波的实验数据。
可选的，两个电磁振荡发生器和传动振动波的介质固体板槽之间还分别设有两个连接支架；所述连接支架的底部与所述电磁振荡发生器的振动轴杆连接，所述连接支架的顶部沿所述传动振动波的介质固体板槽的宽度方向延伸并与其底部连接。
进一步的，两个电磁振荡发生器通过连接线与大功率信号发生器的输出端连接。
可选的，位于传动振动波的介质固体板槽左端的左电磁振荡发生器的振动轴杆位于传动振动波的介质固体板槽侧面的刻度尺零的刻度线以内；位于传动振动波的介质固体板槽右端的右电磁振荡发生器的振动轴杆位于传动振动波的介质固体板槽侧面的刻度尺的最大刻度值线以内，电磁振荡发生器的振动方向垂直朝向传动振动波的介质固体板槽的底部，通过移动电磁振荡发生器的位置，左右两个电磁振荡发生器之间的间距由传动振动波的介质固体板槽侧面的刻度尺读出。
可选的，所述左电磁振荡发生器的位置固定，移动所述右电磁振荡发生器的位置，调节右电磁振荡发生器位置和左右电磁振荡发生器触点位置及大功率信号发生器的频率，观察传动振动波的介质固体板槽内的盛装的波形测试传输显示介质产生稳定的驻波波形；
若盛装的波形测试传输显示介质为粉末颗粒，则在传动振动波的介质固体板槽内沿传动振动波的介质固体板槽长度方向形成疏密等间隔等宽度均匀的稳定分布形状；粉末密集和粉末疏散宽度的中心位置通过传动振动波的介质固体板槽侧面的刻度尺分别读取；
若盛装的波形测试传输显示介质为液体介质，则在传动振动波的介质固体板槽内沿传动振动波的介质固体板槽长度方向形成等间隔等宽度水花向上喷溅的均匀稳定分布形状；水花喷溅和水体平稳宽度的中心位置可以通过传动振动波的介质固体板槽侧面的刻度尺分别读取。
进一步的，所述传动振动波的介质固体板槽的长度不超过1.00米，其四个侧面壁的高度大于0.02米，传动振动波的介质固体板槽内盛装的波形测试传输显示介质的粉末或液体介质的厚度不超过四个侧面壁高度的三分之一，厚度控制在0.002米以内；
所述传动振动波的介质固体板槽水平放置，其盛装的波形测试传输显示介质均匀分布在所述传动振动波的介质固体板槽的底面上。
可选的，当左右电磁振荡发生器同时发出同频率振动波在传动振动波的介质固体板槽中相向传播时，使波形测试传输显示介质产生驻波波形显示，驻波形成的同时观察者通过传动振动波的介质固体板槽侧面的刻度尺可以直接观察读取驻波波腹和波节的位置坐标，调节左电磁振荡发生器和右电磁振荡发生器的触点与传动振动波的介质固体板槽底板的接触面位置及调节右电磁振荡发生器的水平位置，可以改变驻波形成效果；
波形测试传输显示介质若采用细微固体粉末，则在传动振动波的介质固体板槽内形成疏密等间距等宽度的驻波波腹波节均匀分布；波形测试传输显示介质若采用水介质，则在传动振动波的介质固体板槽内形成水平面凸起集中区域水花向上喷溅和水平面凹陷集中区域无水花等间距等宽度的驻波波腹波节均匀分布，驻波波形稳定分布，调节大功率信号发生器的输出信号强弱及频率及右电磁振荡发生器的水平位置可以改变驻波的形成和形成位置与驻波现象效果。
本发明的固体与液体驻波测定实验装置的特点是：1、固体与液体驻波测定实验装置的布置安装：传动振动波的介质固体板槽的长度不小于0.5米，传动振动波的介质固体板槽固定在分列两端的两个连接支架上，两个电磁振荡发生器的振动轴杆上分别固定两个连接支架，左端电磁振荡发生器的振动轴杆位于传动振动波的介质固体板槽侧面的刻度尺零的刻度线以内附近并固定可保持不能移动，右端电磁振荡发生器的振动轴杆位于传动振动波的介质固体板槽侧面的刻度尺的最大刻度值线以内并固定可保持不能移动，振动方向垂直朝向传动振动波的介质固体板槽的底部，可移动右端电磁振荡发生器位置，左右电磁振荡发生器的间距由刻画在传动振动波的介质固体板槽内侧面的刻度尺读出位置，左右电磁振荡发生器用连接线沿着两个固定振荡器支架共同连接到大功率信号发生器上的输出端；2、固体与液体驻波测定实验装置实验操作方法是：固体细微粉末波形测试显示介质的厚度不超过0.002米，均匀铺满传动振动波的介质固体板槽的底面，液态水波形测试显示介质的厚度不超过0.002米，注入传动振动波的介质固体板槽内，调节左电磁振荡发生器使振动轴杆的上端面与传动振动波的介质固体板槽的底面接触，移动右电磁振荡发生器位置，调节右电磁振荡发生器使振动轴杆的上端面与传动振动波的介质固体板槽底面接触，接通大功率信号发生器使左右电磁振荡发生器工作，调节大功率信号发生器频率、强度等参数和左右电磁振荡发生器的间距，得到传动振动波的介质固体板槽内的驻波现象产生，观察传动振动波的介质固体板槽内的驻波现象。固体细小微粒的稀疏聚散分段稳定显示或水面凸起集中区域水花向上喷溅和水凹陷集中区域无水花的驻波波腹波节分布现象，同时可得到波腹、波节、频率、半波损失等物理量测试内容。
由上，本发明的目的在于创建振动波在固体与液体中传播形成的驻波现象实验与测试实验原理内容及装置，弥补弦线驻波实验技术研究中对绳索进行演示实验的单一介质类型的不足，创建固体与液体驻波显示可视化、简单化仪器装置，测试内容与揭示驻波理论的一种实验仪器装置，提出两个相干波源作用固体上粉末颗粒介质与液体介质形成驻波时的理论与实验内容，满足从事物理学、固体力学、振动力学、流体力学及其相关学科广大科技工作者学习和使用的需要，以及工程测试的需要。
本发明的固体与液体驻波测定实验装置既清晰可视化固体或液体驻波现象，实时、直观、明确显示固体液体驻波的形成过程及稳定分布，又可准确测定驻波的波腹波节位置、波腹波节数量、波动强度、振动频率等物理量，为进一步研究振动和振动波现象及应用提供实验方法和实验仪器装备，本发明的固体与液体驻波测定实验装置具有仪器装置简单，实验操作便捷，综合性强，驻波现象直观、清晰、可视、测试准确，测试结果易于诠释和揭示固体或液体驻波理论等特点。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
图1为本发明优选实施例的固体与液体驻波测定实验装置的结构示意图。
图中，1-1-左电磁振荡发生器；1-2-右电磁振荡发生器；2-传动振动波的介质固体板槽；3-1-左连接支架；3-2-右连接支架；4-大功率信号发生器；5-连接线；6-1-左固定振荡器支架；6-2-右固定振荡器支架；7-1-左振荡器调节支撑杆；7-2-右振荡器调节支撑杆；8-刻度尺；9-波形测试传输显示介质；10-金属传动板；11-底板。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。
本发明属于振动波与固体和液体介质的响应测定实验技术，特别涉及固体和液体传播振动波形成驻波实验仪器与装置，固体波动属于横波传播属性，液体波动属于纵波传播属性，固体、液体驻波测定实验可以实现波强度分布与波源频率、传播距离、介质形状体积、波节点和波腹点以及有或无半波损失现象等相应物理量的观察与分析。
参照图1，本发明的固体与液体驻波测定实验装置是在显示固体与液体的传动振动波的介质固体板槽内或平面固体板上形成稳定驻波现象时获得频率、波长、驻波波节和波腹等物理量的测试分析仪器，所布置安装的部件如下：用厚度为0.002米、宽度为0.06米、高度为0.03米凹型金属槽或平面金属板，截取长度为0.5米，两端面用同材质金属板按宽度为0.06米、高度为0.03米封闭成上面敞开，底面和四个侧面密封，可以盛装液体或固体粉末的传动振动波的介质固体板槽2，金属传动板10用长度为0.5米、宽度为0.06米、厚度为0.002米金属板制备，左固定振荡器支架6-1和右固定振荡器支架6-2固定在底板11上，底板11可以用金属材质或木质等其他材质按长1.0米、宽0.8米、厚度不小于0.02米制成，固定振荡器支架6-1、6-2用长0.03米、宽0.01米、厚0.002米方形金属管材制成高度为0.2米，左振荡器调节支撑杆7-1和右振荡器调节支撑杆7-2用长0.01米、宽0.01米、厚0.002米方形金属管材制成长度为0.3米，并分别与左固定振荡器支架6-1和右固定振荡器支架6-2焊接，左振荡器调节支撑杆7-1与右振荡器调节支撑杆7-2的间距至少0.2米，左固定振荡器支架6-1与右固定振荡器支架6-2的间距大于0.8米，左电磁振荡发生器1-1和右电磁振荡发生器1-2分别安装在左振荡器调节支撑杆7-1和右振荡器调节支撑杆7-2上，左电磁振荡发生器1-1和右电磁振荡发生器1-2的振动轴杆分别与长0.06米、宽0.01米、厚0.002米方形管材制成的左连接支架3-1和右连接支架3-2连接，传动振动波的介质固体板槽2放置在左连接支架3-1和右连接支架3-2上，将波动测试传输显示介质9的固体粉末或液体水或液体油以0.001米的厚度均匀铺在传动振动波的介质固体板槽2内的底板上或金属传动板10上，在传动振动波的介质固体板槽2的两内壁底边沿其长度方向或金属传动板10上两长边沿其长度方向标记刻度尺8，用连接线5连接大功率信号发生器4的输出端与左右电磁振荡发生器1-1和右电磁振荡发生器1-2的输入端。
当左右电磁振荡发生器同时发出同频率振动波在传动振动波的介质固体板槽中相向传播时，使波形测试传输显示介质9产生驻波波形显示，驻波形成的同时观察者通过传动振动波的介质固体板槽内的刻度尺8可以直接观察读取驻波波腹和波节的位置坐标，调节左电磁振荡发生器1-1和右电磁振荡发生器1-2的触点与传动振动波的介质固体板槽底板的接触面位置及调节右电磁振荡发生器的水平位置，可以改变驻波形成效果；波形测试传输显示介质9若采用细微固体粉末，则在传动振动波的介质固体板槽2内形成疏密等间距等宽度的驻波波腹波节均匀分布；波形测试传输显示介质9若采用水介质，则在传动振动波的介质固体板槽2内形成水平面凸起集中区域水花向上喷溅和水平面凹陷集中区域无水花等间距等宽度的驻波波腹波节均匀分布，驻波波形稳定分布，调节大功率信号发生器4的输出信号强弱及频率及右电磁振荡发生器的水平位置可以改变驻波的形成和形成位置与驻波现象效果，同时获得驻波强度、输入信号频率、传播距离、波长及波腹波节的实验数据及观察，得到关于固体、液体驻波的物理量测定分析及理论分析。
本发明的固体与液体驻波测定实验装置的观察和测试操作方法如下：固体与液体驻波测定实验装置必须水平放置，调节左电磁振荡发生器1-1处在左振荡器调节支撑杆7-1的中间位置，调节右电磁振荡发生器1-2处在右振荡器调节支撑杆7-2的中间位置，保持左电磁振荡发生器1-1与右电磁振荡发生器1-2间距小于等于0.5米后固定，将传动振动波的介质固体板槽2水平放置在连接支架3-1、3-2之上，用连接线5将大功率信号发生器4的两个输出接线柱同时与左电磁振荡发生器1-1和右电磁振荡发生器1-2的两个输入端接线柱连接，将波动测试传输显示介质9选择的固体粉末均匀铺满传动振动波的介质固体板槽2的底板，铺设厚度控制在0.001米左右，接通电源使设备左电磁振荡发生器1-1与右电磁振荡发生器1-2正常工作，并可观测到波动传播现象，调节大功率信号发生器4上的输出频率，同时结合调节左电磁振荡发生器1-1与右电磁振荡发生器1-2之间的间距可观测波动形成稳定的驻波现象，驻波的波节与波腹通过固体粉末的密集聚集与稀疏分撒获得观察，固体粉末聚集与分散间隔发生在传动振动波的介质固体板槽2底板上，密集聚集和稀疏分撒的位置通过刻度尺8读取数据，固体粉末密集聚集位置数据是波节位置坐标，固体粉末稀疏分撒位置数据是波腹位置坐标；撤换波动测试传输显示介质9选择的固体粉末改用液体水，将波动测试传输显示介质9选择的液体水铺满传动振动波的介质固体板槽2的底板，铺设厚度控制在1mm左右，接通电源使设备左电磁振荡发生器1-1与右电磁振荡发生器1-2正常工作时可观测波动传播现象，调节大功率信号发生器4上的输出频率，并结合调节左电磁振荡发生器1-1与右电磁振荡发生器1-2之间的间距可观测波动形成稳定的驻波现象，驻波的波节与波腹通过液体水的向上喷溅与否和位置获得观察，水喷溅与无水不喷溅间隔发生在传动振动波的介质固体板槽2的底板上，水向上喷溅和无水不喷溅的位置通过刻度尺8读取数据，水喷溅的位置数据是波节位置坐标，无水不喷溅的位置数据是波腹位置坐标；撤换传动振动波的介质固体板槽2改为金属传动板10，撤下右电磁振荡发生器1-2，使用左电磁振荡发生器1-1，并将其置于振荡器调节支撑杆7-1的右侧端面固定，在连接支架3-1上水平放置金属传动板10，使其处于中央位置，选择固体粉末或液体油膜均匀铺满金属传动板10，接通电源重复上面操作可以得到不同波节波幅数量值的清晰、明显、稳定状态的固体或液体驻波现象，调节改变大功率信号发生器4的频率获得驻波型图、波节、波腹、强度分布等理论验证与测定分析。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种固体与液体驻波测定实验装置，其特征在于，包括底板、分别位于所述底板两端的固定振荡器支架、分别与两个固定振荡器支架连接的两个振荡器调节支撑杆、位于所述振荡器调节支撑杆上方的传动振动波的介质固体板槽，所述传动振动波的介质固体板槽内盛装有波形测试传输显示介质；
两个振荡器调节支撑杆和传动振动波的介质固体板槽之间分别设有两个电磁振荡发生器，用于发出震荡使所述传动振动波的介质固体板槽内盛装的波形测试传输显示介质产生波动及波动的传播；
所述传动振动波的介质固体板槽的内侧设有刻度尺，用于读取波形测试传输显示介质产生的波动的坐标，以获得测定分析固体、液体驻波的实验数据。
2.如权利要求1所述的固体与液体驻波测定实验装置，其特征在于，两个电磁振荡发生器和传动振动波的介质固体板槽之间还分别设有两个连接支架；所述连接支架的底部与所述电磁振荡发生器的振动轴杆连接，所述连接支架的顶部沿所述传动振动波的介质固体板槽的宽度方向延伸并与其底部连接。
3.如权利要求1所述的固体与液体驻波测定实验装置，其特征在于，两个电磁振荡发生器通过连接线与大功率信号发生器的输出端连接。
4.如权利要求3所述的固体与液体驻波测定实验装置，其特征在于，位于传动振动波的介质固体板槽左端的左电磁振荡发生器的振动轴杆位于传动振动波的介质固体板槽侧面的刻度尺零的刻度线以内；位于传动振动波的介质固体板槽右端的右电磁振荡发生器的振动轴杆位于传动振动波的介质固体板槽侧面的刻度尺的最大刻度值线以内，电磁振荡发生器的振动方向垂直朝向传动振动波的介质固体板槽的底部，通过移动电磁振荡发生器的位置，左右两个电磁振荡发生器之间的间距由传动振动波的介质固体板槽侧面的刻度尺读出。
5.如权利要求4所述的固体与液体驻波测定实验装置，其特征在于，所述左电磁振荡发生器的位置固定，移动所述右电磁振荡发生器的位置，调节右电磁振荡发生器位置和左右电磁振荡发生器触点位置及大功率信号发生器的频率，观察传动振动波的介质固体板槽内的盛装的波形测试传输显示介质产生稳定的驻波波形；
若盛装的波形测试传输显示介质为粉末颗粒，则在传动振动波的介质固体板槽内沿传动振动波的介质固体板槽长度方向形成疏密等间隔等宽度均匀的稳定分布形状；粉末密集和粉末疏散宽度的中心位置通过传动振动波的介质固体板槽侧面的刻度尺分别读取；
若盛装的波形测试传输显示介质为液体介质，则在传动振动波的介质固体板槽内沿传动振动波的介质固体板槽长度方向形成等间隔等宽度水花向上喷溅的均匀稳定分布形状；水花喷溅和水体平稳宽度的中心位置可以通过传动振动波的介质固体板槽侧面的刻度尺分别读取。
6.如权利要求1所述的固体与液体驻波测定实验装置，其特征在于，所述传动振动波的介质固体板槽的长度不超过1.00米，其四个侧面壁的高度大于0.02米，传动振动波的介质固体板槽内盛装的波形测试传输显示介质的粉末或液体介质的厚度不超过四个侧面壁高度的三分之一，厚度控制在0.002米以内；
所述传动振动波的介质固体板槽水平放置，其盛装的波形测试传输显示介质均匀分布在所述传动振动波的介质固体板槽的底面上。
7.如权利要求4所述的固体与液体驻波测定实验装置，其特征在于，当左右电磁振荡发生器同时发出同频率振动波在传动振动波的介质固体板槽中相向传播时，使波形测试传输显示介质产生驻波波形显示，驻波形成的同时观察者通过传动振动波的介质固体板槽侧面的刻度尺可以直接观察读取驻波波腹和波节的位置坐标，调节左电磁振荡发生器和右电磁振荡发生器的触点与传动振动波的介质固体板槽底板的接触面位置及调节右电磁振荡发生器的水平位置，可以改变驻波形成效果；
波形测试传输显示介质若采用细微固体粉末，则在传动振动波的介质固体板槽内形成疏密等间距等宽度的驻波波腹波节均匀分布；波形测试传输显示介质若采用水介质，则在传动振动波的介质固体板槽内形成水平面凸起集中区域水花向上喷溅和水平面凹陷集中区域无水花等间距等宽度的驻波波腹波节均匀分布，驻波波形稳定分布，调节大功率信号发生器的输出信号强弱及频率及右电磁振荡发生器的水平位置可以改变驻波的形成和形成位置与驻波现象效果。
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