CN202694640U - 超声波声速测量实验仪 - Google Patents

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王吉有
高小强
彭月祥
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Abstract

超声波声速测量实验仪，属于物理教学实验仪器领域。本实用新型包括超声波发射探头，超声波接收探头，三角导轨，单板机及显示器，温度传感器，湿度传感器，直流电源，超声波发射探头支架，超声波接收探头支架。本实用新型仪器利用声速等于声波传播距离乘以传播所需时间的原理来测量。改变测量距离，可以获得多个声速的测量值，平均计算声速，并计算出测量不确定度。本实用新型利用了经典的声速测量原理，没有复杂精密的机械传动部分，提高了仪器的可靠性，降低了成本。可用于高校的声速测量实验。

Description

超声波声速测量实验仪
技术领域：
本实用新型涉及物理教学实验仪器，特别是一种声速测量实验仪器。
背景技术：
目前大学物理实验中使用的声速测量实验仪器，主要包括：超声波换能器一对，用于发射和接收超声波；百分之一毫米准确度的螺杆位移系统（带动接收超声波换能器移动）；信号发生器和示波器。其利用驻波法或相位法测量空气中的声速。这类实验仪器，都具有精密复杂的机械传动装置，在超声波接收换能器前进和后退的反向移动时，都存在空程差。我们获得授权的的专利“变频定距声速测量实验仪”（专利号：201120552328.6），是把音频功放输出的信号输入示波器，利用相位比较法测量声速。这些测量和计算都利用了声速来回反射形成的驻波，要求找准测量的特殊位置。本仪器，利用了传统的声音传播距离乘以传播时间来计算声速的办法，考虑到声速受温度和湿度影响的特点，本仪器同时测量并显示温和湿度。
实用新型内容：
本实用新型的目的就是利用超声波定向较好的特点，采用传统的声音传播距离乘以传播时间来计算声速的办法。
本发明采用如下技术方案：
一种超声波声速测量实验仪，其特征在于：其包括超声波发射探头，超声波接收探头，导轨，单板机,显示器，温度传感器，湿度传感器，直流电源，超声波发射探头支架，超声波接收探头支架。
所述的超声波发射探头和超声波接收探头分别固定在超声波发射探头支架和超声波接收探头支架，超声波发射探头支架和超声波接收探头支架卡在导轨上，并可在导轨上移动。
超声波发射探头和超声波接收探头连接到单板机，单板机上安装有温度传感器，湿度传感器，单板机连接显示器，直流电源给单板机和显示器供电。
进一步，所述的导轨为铝合金材料，属三角结构，上顶角为90度，在双侧面对应固定米尺，用于测量超声波发射器和接收器之间的距离。
所述的超声波发射探头和接收探头通过支架卡在导轨上，其上下高度可调，在导轨上的位置可调，实验时保证其高度相同。
所述的单板机给超声波发射器提高驱动电压，使其产生固定频率的超声波。比较计算出超声波发射和接收的时间差，把温度传感器和湿度传感器传来的电压信号进行处理。
所述的显示器显示超声波发射到接收之间的时间差、测量现场的温度和湿度。
所述的直流电源把220V交流电变成直流电，给单板机供电。
本实用新型的优点：使用最直观的物理原理测量声速，仪器没有复杂精密的机械传动部分，提高了仪器的可靠性，降低了成本；可用于高校的声速测量实验或演示物理实验。
附图说明：
图1为本实用新型的结构示意图。图中：超声波发射探头1，超声波接收探头2，导轨3，单板机4,显示器5，温度传感器6，湿度传感器7，直流电源8，超声波发射探头支架9，超声波接收探头支架10。
具体实施方式：
如图1所示，先调节探头支架9和10，把超声波发射器探头1和接收探头2的高度调到相同位置，接通电源开机后，直流电源8给各部分供电，超声波发射器1接收单板机4传来的激励信号，发射超声波，随后超声波接收器2接收到声音信号，变换成电压信号后，提供给单板机4，单板机计算出超声波发射和接收之间的时间，并计算出时间差。为了保证测量的正确性，单板机每秒钟反射10次超声波，最后把10次测量到的时间差平均后在显示器5上显示出来。再通过导轨3上的米尺，获得超声波发生器和接收器之间的距离，利用公式v＝L×t就可以计算出声速。改变超声波发生器和接收器之间的距离，可以计算出多个声速值，再计算出平均值，可以提供测量精度。此外，温度6和湿度传感器7测量到的信号，也显示在显示器5上，代入声速的理论公式计算出理论值，与实验值比较，计算出不确定度。

Claims (2)

1.一种超声波声速测量实验仪，其特征在于：其包括超声波发射探头，超声波接收探头，导轨，单板机,显示器，温度传感器，湿度传感器，直流电源，超声波发射探头支架，超声波接收探头支架；
所述的超声波发射探头和超声波接收探头分别固定在超声波发射探头支架和超声波接收探头支架，超声波发射探头支架和超声波接收探头支架卡在导轨上，超声波发射探头和超声波接收探头连接到单板机，单板机上安装有温度传感器，湿度传感器，单板机连接显示器，直流电源给单板机和显示器供电。
2.根据权利要求1所述的超声波声速测量实验仪，其特征在于：导轨为三角导轨，上顶角为90度，在双侧面对应固定米尺。
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