CN202454133U - 超声波成像与定位综合实验装置 - Google Patents

Abstract

一种超声波成像与定位综合实验装置，底板上设有支架和透明水箱，支架的一侧设有支架板，支架板的导轨上设有滑块，滑块的角度旋转座下面连接有吊杆，吊杆的端部设有用于安装超声换能器或运动目标物体的吊装固定座；支架的另一侧设有旋转梁，旋转梁的自由端悬吊有定位物体，靠近旋转梁一侧在透明水箱内壁上设有载物台，透明水箱右侧壁上设有箱内固定座。本实用新型可以完成的实验内容有回波波形观察，物体运动速度的测量，目标物体定位，扫描成像实验包括物体表面形貌成像以及断面像(剖面像)，本实用新型具有结构简单、设计合理等特点。

Description

超声波成像与定位综合实验装置

技术领域

本实用新型属于教学实验装置技术领域，具体是涉及一种超声波成像与定位综合实验装置。

背景技术

超声波应用领域很多，可以定位、测距、成像等。教学实验中，需要教导学生了解脉冲回波型声成像的原理，掌握脉冲回波型声成像实验仪的使用方法，观察脉冲回波波形，利用脉冲回波测量水中声速，应用脉冲回波法对目标物体进行定位，应用脉冲回波法来研究物体的运动状态，利用脉冲回波型声成像实验仪对给定目标物体进行扫描成像实验。现有的超声波定位综合实验装置功能较为单一，本专利主要是用来提供超声波成像与定位综合实验装置，也可以用作企业研发设备。

发明内容

本实用新型主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供了一种超声波成像与定位综合实验装置。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种超声波成像与定位综合实验装置，包括底板，所述底板上设有支架和透明水箱，支架的一侧设有支架板，支架板的导轨上设有滑块，滑块的角度旋转座下面连接有吊杆，吊杆的端部设有用于安装超声换能器或运动目标物体的吊装固定座；支架的另一侧设有旋转梁，旋转梁的自由端悬吊有定位物体，靠近旋转梁一侧在透明水箱内壁上设有载物台，透明水箱右侧壁上设有箱内固定座。

作为优选，所述滑块由支架板上的直流减速电机驱动着在导轨上左右移动。

作为优选，所述滑块左右两侧设有行程撞块，行程撞块与支架板上的左行程开关和右行程开关相适配。

作为优选，所述直流减速电机经电机座设置在支架板上，直流减速电机的主动轮经皮带或链条连接到从动轮，滑块固定在皮带或链条上。

作为优选，所述支架板上还设有标尺线，标尺线与滑块上的指针相适配，通过标尺线可以读取滑块移动的距离。

作为优选，所述支架上设有撑线杆，用于支撑连接仪表的电源盒信号线。

作为优选，所述支架板上还设有电机控制插座和限位插座。

本实用新型可以完成的实验内容有回波波形观察，物体运动速度的测量，目标物体定位，扫描成像实验包括物体表面形貌成像以及断面像(剖面像)，本实用新型具有结构简单、设计合理等特点。

附图说明

图1是本实用新型的一种结构示意图；

图2是本实用新型的一种结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：参看图1和图2，本实用新型是在底板23上设有支架24和透明水箱22，支架24的一侧设有支架板25，支架板25的导轨3上设有滑块5，滑块5由支架板25上的直流减速电机13驱动着在导轨3上左右移动，直流减速电机13经电机座6设置在支架板25上，直流减速电机13的主动轮14经皮带或链条连接到从动轮19，滑块5固定在皮带或链条上；滑块5左右两侧设有行程撞块4，行程撞块4与支架板25上的左行程开关20和右行程开关12相适配，支架板25上还设有标尺线17，标尺线17与滑块5上的指针18相适配，通过标尺线17可以读取滑块5移动的距离；滑块5的角度旋转座2下面连接有吊杆10，吊杆10的端部设有用于安装超声换能器或运动目标物体的吊装固定座11；支架24的另一侧设有旋转梁7，旋转梁7的自由端悬吊有定位物体8，靠近旋转梁7一侧在透明水箱22内壁上设有载物台21，透明水箱22右侧壁上设有箱内固定座9；支架24上设有撑线杆1，用于支撑连接仪表的电源盒信号线，支架板25上还设有电机控制插座15和限位插座16。

实验内容

一、观察水中物体的回波波形

1、超声波换能器安装在吊装固定座上并放在透明水箱中，载物台上放置表面不规则的有机玻璃样品，调整换能器探头，使之对准透明水箱正面的载物台上的有机玻璃样品；

2、连接换能器与信号源前面板上的“传感器”插座，并把仪器后面板上的串口与电脑相连并开启电源，注意：通电工作时一定确保换能器置水中；

3、打开电脑，使得计算机的串口可以与实验仪进行数据和命令通信；

4、用鼠标左键单击显控画面上工作方式框中的波形按钮，工作状态下面显示红色的波形显示，画面上将显示实时波形；

5、通过角度旋转座水平旋转换能器探头，改变换能器的入射角，观察回波波形。

二、水中声速的测量

1、把超声波换能器放置在透明水箱右侧壁的箱内固定座上，运动物块即目标物体放在吊装固定座上，换能器的方向与导轨方向一致，并对准小运动物块即目标物体(注意：在通电时不要把换能器露出水面，最好关掉实验仪电源后再操作)；

2、启动电源，打开串口，用鼠标左键单击显控画面上工作方式框中的波形按钮，工作状态下面显示红色的波形显示，画面上将显示实时波形以及发射脉冲波到接收回波之间的时间；

3、启动电机控制系统，使带着目标物体一起运动的滑块到S1的位置后停止并记下此时发射波到接收波之间的时间t1，再启动电机使得滑块到位置S2并记下此时发射波到接收波之间的时间t2；

4、计算声速： $v=2\frac{|S2-S1|}{|t2-t1|}m/s;$

5、多次测量求平均值。

三、对水中目标物体进行定位

1、转动悬挂梁，使目标物体处在某个位置；

2、用鼠标左键单击显控画面上工作方式框中的定位按钮，工作状态下面显示红色的定位两字，工作方式框中的左边数据显示框显示经过的时间(单位：秒)，右边数据显示框显示换能器离目标的距离(单位：厘米)，画面上有成像图显示；

3、启动电机控制系统，使滑块移动到导轨中间位置；

4、切换到波形工作方式，通过吊杆的角度旋转座缓慢旋转超声波换能器，当换能器对准目标物体后，电脑界面上将显示最大的回波值，此时记下角度旋转座上的物体方位角度θ值；然后再切换到定位工作方式，记下电脑上显示的目标物体距离换能器之间的距离Y(cm)；

5、转动旋转梁改变目标物体的位置，重新测量目标物体离超声换能器的距离和方位。

四、测量水中物体的运动状态

1、把超声换能器放置在箱内固定座上，运动物块即目标物体放在吊装固定座上，换能器的方向与导轨方向一致，并对准目标物体(注意：在通电时不要把换能器露出水面，最好关掉实验仪电源后再操作)；

2、用鼠标左键单击显控画面上工作方式框中的测速按钮，工作状态下面显示洋红色的测速两字，工作方式框中的左边数据显示框显示目标运动的速度(单位：厘米/秒)，同时画面上显示成像图，X轴代表时间t，Y轴代表物体离超声传感器的距离S(运行速度较小时，速度的动态显示误差将会比较大，必须通过S-t曲线来分析物体的运动状态)；

3、启动直流减速电机，让电机带动吊杆上的物体运动起来，就可以看见S-t曲线，左边的显示框显示目标物体的运动速度；

4、分析S-t曲线，可以通过ΔS/Δt得到物体运动的平均速度，具体方法是：在S-t曲线上单击两个坐标点，对应的坐标点坐标以及两坐标点间的平均速度将在界面中显示出来；

5、通过直流减速电机控制器，改变物体的运动速度，再次测量观察物体的运动曲线并计算运动物体平均速度。

五、扫描成像物体组织结构剖面图或表面形貌

1、操作步骤同(一)观察成像物体的回波波形的步骤1～3；

2、连接直流电机控制系统，启动检查运行是否正常；

3、成像操作，用鼠标左键单击显控画面上工作方式框中的成像采集按钮，工作状态下面显示洋红色的成像两字，画面上有成像图显示；采集结束后，用鼠标左键单击显控画面上成像操作框中的成像处理按钮，显示处理后的成像画面；根据显示效果，用鼠标左键点击增加门限或减小门限按钮，可对其进行后置处理，得到相对较好的成像图；在采集的过程中，可以按信号放大和信号缩小来改变接收信号的强度；

4、启动直流减速电机控制系统，使换能器垂直扫描物体，观察实时成像图，为使成像效果好，可以设置控制器，使扫描速度最慢，具体设置见直流电机控制器说明。

5、该成像不仅可以显示物体表面轮廓图(形貌)，对于超声透射效果比较好的物体，还可以清晰的观察出二维剖面图；

6、要使成像效果好，需要选择合适的扫描距离，也就是被成像物体离超声波换能器的距离要合适，可以通过观察回波波形以及信号放大或信号缩小来确定距离；由于超声波换能器的波束角不为零，距离太远会造成回波信号重叠，两个不同反射面的回波信号叠加在一起，降低了成像分辨率，因此成像物体尽可能离超声传感器近些；成像物体太近，则会产生多次反射，同一个反射面会出现一次、两次或多次回波。

最后，应当指出，以上实施例仅是本实用新型较有代表性的例子。显然，本实用新型不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种超声波成像与定位综合实验装置，包括底板(23)，其特征在于所述底板(23)上设有支架(24)和透明水箱(22)，支架(24)的一侧设有支架板(25)，支架板(25)的导轨(3)上设有滑块(5)，滑块(5)的角度旋转座(2)下面连接有吊杆(10)，吊杆(10)的端部设有用于安装超声换能器或运动目标物体的吊装固定座(11)；支架(24)的另一侧设有旋转梁(7)，旋转梁(7)的自由端悬吊有定位物体(8)，靠近旋转梁(7)一侧在透明水箱(22)内壁上设有载物台(21)，透明水箱(22)右侧壁上设有箱内固定座(9)。

2.根据权利要求1所述的超声波成像与定位综合实验装置，其特征在于所述滑块(5)由支架板(25)上的直流减速电机(13)驱动着在导轨(3)上左右移动。

3.根据权利要求1或2所述的超声波成像与定位综合实验装置，其特征在于所述滑块(5)左右两侧设有行程撞块(4)，行程撞块(4)与支架板(25)上的左行程开关(20)和右行程开关(12)相适配。

4.根据权利要求2所述的超声波成像与定位综合实验装置，其特征在于所述直流减速电机(13)经电机座(6)设置在支架板(25)上，直流减速电机(13)的主动轮(14)经皮带或链条连接到从动轮(19)，滑块(5)固定在皮带或链条上。

5.根据权利要求1或2所述的超声波成像与定位综合实验装置，其特征在于所述支架板(25)上还设有标尺线(17)，标尺线(17)与滑块(5)上的指针(18)相适配。

6.根据权利要求3所述的超声波成像与定位综合实验装置，其特征在于所述支架板(25)上还设有标尺线(17)，标尺线(17)与滑块(5)上的指针(18)相适配。

7.根据权利要求1所述的超声波成像与定位综合实验装置，其特征在于所述支架(24)上设有撑线杆(1)。

8.根据权利要求1所述的超声波成像与定位综合实验装置，其特征在于所述支架板(25)上还设有电机控制插座(15)和限位插座(16)。

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