CN206864044U - 用于教学的超声波综合测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于教学的超声波综合测量装置，包括：置于支撑面上的底座，底座上设置有超声波发射装置，用于产生并发射超声波；设置在底座上的轴，其与支撑面垂直；转臂，其一端套接在轴上并可相对转动，另一端作为自由端与导轨端部连接，用于带动导轨转动，导轨上设置有超声波接收装置；刻度盘，其中心开孔并套装在轴上，并可相对轴转动；游标盘，其中心开孔并套装在轴上，并可相对所述轴转动以及相对刻度盘转动；以及载物台，其套装在轴的上端，用于承载测量样品，其可相对该轴转动并同时可相对游标盘转动。本实用新型的装置通过优化的结构改进，并与教学实验匹配结合，可以具有多项超声波测试实验的一体化功能，而且结构简单，精度高。

Description

用于教学的超声波综合测量装置

技术领域

本实用新型属于实验教学仪器领域，特别是涉及一种用于教学的超声波测量装置。

背景技术

随着电子技术、数字技术、自动控制技术的发展，超声波以其高精度、无损、非接触等优点广泛地应用于机械制造、国防、工农业生产、医学、石油化工、交通生物科学等领域，发挥着不可取代的独特作用。例如,在超声处理方面，利用超声波的机械作用、空化作用、热效应和化学效应，可进行超声焊接、钻孔、粉碎、乳化、脱气、除尘、去锅垢、清洗、灭菌、促进化学反应和进行生物学研究等。在超声检测方面,利用超声波检验固体材料内部的缺陷、材料尺寸测量、物理参数测量等。鉴于超声波的广泛应用,超声波相关知识的普及就十分必要。由于超声波的声场形成过程、介质中的传播规律及超声波探测的工作原理比较抽象，采用直观的实验教学方式更有利于学生观察、理解超声波的产生、传播规律及超声探测原理，因此开发研制用于教学的超声波探测装置意义重大。

目前，国内物理实验中有关超声波的实验内容单一，其中原因之一是缺乏性能良好的超声波实验教学仪器，基本上都是超声速测量仪，教学目标和效果一般；特别是关于超声波的各种性能测量的仪器通常是分散的，无法同时进行多项超声波测试实验；另外，这种应用到物理教学上的教学实验仪器，一般精度较高，价格昂贵，维护需要投入大量的人力物力。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种用于教学的超声波综合测量装置，其基于分光计的的结构与应用原理，通过优化的结构改进，并与教学实验匹配结合，可以具有多项超声波测试实验的一体化功能，而且其结构简单，精度高。

为实现上述目的，按照本实用新型，提供一种用于教学的超声波综合测量装置，其特征在于，包括：

置于支撑面上的底座，该底座上设置有超声波发射装置，用于产生并发射超声波；

设置在底座上的轴，其与支撑面垂直；

转臂，其一端套接在所述轴上并可相对转动，另一端作为自由端与导轨端部连接，用于带动导轨转动，该导轨上设置有超声波接收装置；

刻度盘，其中心开孔并套装在所述轴上，并可相对所述轴转动；

游标盘，其中心开孔并套装在所述轴上，并可相对所述轴转动以及相对刻度盘转动；以及

载物台，其套装在所述轴的上端，用于承载测量样品，其可相对该轴转动并同时可相对游标盘转动。

作为本实用新型的进一步优选，所述导轨包括第一导轨和第二导轨，其中所述第一导轨的一端与转臂的自由端连接，该第一导轨上套设有可相对其滑动的第一导轨滑块，所述第二导轨通过该第一导轨滑块垂直设置在该第一导轨上，所述超声波接收装置安装在该第二导轨上。

作为本实用新型的进一步优选，所述第二导轨上设置有第二导轨滑块，其可相对于所述第二导轨滑动，所述超声波接收装置设置在该第二导轨滑块上。

作为本实用新型的进一步优选，所述刻度盘位于转臂之上，其在所述轴上相对底座的高度高于转臂，该刻度盘与转臂可相对转动，该刻度盘一端设置有刻度盘锁紧螺钉，其可在刻度盘转动到位后锁紧其与轴的相对转动。

作为本实用新型的进一步优选，所述游标盘位于刻度盘之上，其在所述轴上相对底座的高度高于刻度盘，所述游标盘与转臂可相对转动，且所述轴上套接有锁紧套，该锁紧套与游标盘组成转动副，该锁紧套一端设置刻度盘锁紧螺钉，其可在游标盘转动到位后锁紧其与轴的相对转动。

作为本实用新型的进一步优选，所述载物台下端设置载物台锁紧螺钉，用于在载物台相对轴转动到位后锁紧其相对转动，该载物台上设置有调平螺钉，用于载物台的调平。

作为本实用新型的进一步优选，所述载物台中心的沉头孔内设置有水平泡，用于条件载物台的水平，该水平泡下端穿过载物台沉头孔并与载物台形成转动副。

作为本实用新型的进一步优选，所述转轴的自由端下部与第一万向轮连接，第一万向轮设置在转臂与支撑面之间，用于在转臂转动时支撑并随动，所述转臂的转动可带动第一导轨转动，所述第一导轨另一端设置有支撑该端的第二万向轮。

作为本实用新型的进一步优选，所述底座上设置有超声波发射装置固定杆，其与轴平行间隔布置，超声波发射装置通过该超声波发射装置固定杆安装。

作为本实用新型的进一步优选，所述转臂与轴套接的端部内侧设置转臂锁紧软铜片，所述刻度盘与轴套接的中心孔内侧设置刻度盘锁紧软铜片，所述游标盘与轴套接的中心孔内壁设置游标盘锁紧软铜片，所述载物台与轴套接的孔内壁设置载物台锁紧软铜片。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本实用新型的超声波综合测量装置通过优化的结构改进，超声波接收端不仅可以前后移动，还可以左右转动及上下移动，以此可以实现三维测量，除超声速的测量之外还可以测量超声波的其他物理特性，如干涉、衍射、折射以及布拉格衍射等；

(2)本实用新型的超声波综合测量装置，其中游标盘与刻度盘相应的结构设计与优化，其分度值会更小，测量精度会更高，在达到装配精度的情况下测量角度的精度会有所提高；

(3)本实用新型的超声波综合测量装置，其中底座、轴、载物台以及超声波发生装置与接收装置的匹配设计，可以与物理教学实验内容匹配结合，可以具有多项超声波测试实验的一体化功能，而且其结构简单，精度高。

附图说明

图1为按照本实用新型实施例所构建的超声波综合测量装置的结构示意图；

图2为图1的超声波综合测量装置测量部分的局部放大图；

图3为图1的超声波综合测量装置的局部剖视图；

图4为图1的超声波综合测量装置的超声波发射端的局部放大图；

图5为图1的超声波综合测量装置的超声波接收端局部放大图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-底座，2-调平螺钉，3-轴，4-转臂，5-第一万向轮，6-第一导轨，7-第二万向轮，8-第二导轨，9-超声波接收装置，10-刻度盘，11-载物台，12-水平泡，13-游标盘，14-锁紧套，15-超声波发射装置，16-超声波发射装置固定杆，17-转臂锁紧螺钉，18-超声波压电换能器俯仰角调节螺钉，19-载物台锁紧螺钉，20-游标盘锁紧螺钉，21-刻度盘锁紧螺钉，22-卡紧片，23-刻度盘锁紧软铜片，24-转臂锁紧软铜片，25-推力圆柱滚子轴承，26-游标盘锁紧软铜片，27-载物台锁紧软铜片，28-游标，29-超声波发射装置固定杆固定螺栓，30-凹槽，31-紧固片，32-超声波发射装置调节螺钉,33-第二滑块锁紧螺钉，34-第二导轨紧固螺钉，35-第一滑块锁紧螺钉，36-第二导轨槽口，37-第一导轨紧固螺钉，38-第二导轨滑块，39-第一导轨滑块。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1为本实用新型一个实施例所构建的超声波综合测量装置的结构示意图。如图1所示，本实用新型实施例提供的一种超声波综合测量装置，用于物理教学中，其包括底座1，轴3，转臂4，刻度盘10，游标盘13，其中，轴3垂直设置在底座1上，通过该底座1支撑。转臂4优选呈杆状，其一端套接在轴3上，可相对轴3转动，转臂4另一端为自由端，其与第一导轨6端部连接，转臂4的自由端下部与第一万向轮5连接，第一万向轮5设置在转臂4与支撑面之间，用于在转臂4转动时支撑并随动。转臂4的转动可带动第一导轨6转动，第一导轨6另一端也设置有万向轮，即第二万向轮7。

如图5所示，第二导轨8的一端通过滑块设置在第一导轨6上，且第二导轨8相对第一导轨6垂直设置，该第二导轨可在第一导轨6上相对滑动。超声波接收装置9通过滑块设置在第二导轨8上，并可在第二导轨8上相对滑动。

如图5所示，第二导轨8上设置有第二导轨滑块38，超声波接收装置9通过第二导轨滑块38设置在第二导轨8上，且第二导轨滑块38上设置有第二滑块锁紧螺钉33，用于在第二导轨滑块38在第二导轨8上滑动到位后通过该第二滑块锁紧螺钉33锁紧固定。

第二导轨8通过第一导轨滑块39与第一导轨6连接，该第二导轨8通过第一导轨滑块39与第一导轨6垂直安装，且通过该第一导轨滑块39实现在第一导轨6上的滑动。第一导轨滑块39上设置有第二导轨紧固螺钉34，其用于在第二导轨8与第一导轨滑块39固定，第一导轨滑块39上还设置有第一滑块锁紧螺钉35，其用于在第一导轨滑块39滑动到位后锁紧第一导轨滑块39与第一导轨6之间的相对滑动。

第一导轨6的端部通过第一导轨紧固螺钉37与转臂4的一端螺纹配合，转臂4的上端设置第二导轨槽口36。

如图1所示，底座1上还设置有超声波发射装置固定杆16，其优选垂直于底座1，通过该底座1支撑，优选该超声波发射装置固定杆16与轴3平行间隔布置。超声波发射装置固定杆16上安装有超声波发射装置15，用于产生并发射超声波。

如图2所示，转臂4套装在轴3上的一端设置有一转臂锁紧螺钉17，在转臂4转动到位后可通过其锁紧转臂4与轴3之间的相对转动。

刻度盘10的中心开孔，并套在该轴3上，可相对轴3转动。优选地，刻度盘10位于转臂4之上，即相对底座1，刻度盘10的高度高于转臂4。刻度盘10与转臂4可相对转动。如图2，优选地，刻度盘10一端设置刻度盘锁紧螺钉21，其可在刻度盘10转动到位后锁紧其与轴3的相对转动。刻度盘10可以是半圆形，也可以是圆形的，也可以是其他角度的弧形。

游标盘13的中心开孔，并套在该轴3上，可相对轴3转动。优选地，游标盘13位于刻度盘10之上，即相对底座1，游标盘13的高度高于刻度盘10。游标盘13与转臂4可相对转动。优选地，轴3上套接有锁紧套14，该锁紧套14与游标盘13组成转动副，锁紧套14一端设置刻度盘锁紧螺钉20，其可在游标盘13转动到位后锁紧其与轴3的相对转动。游标盘13可以是半圆形，也可以是圆形的，，也可以是其他角度的弧形。

载物台11设置在轴3相对底座端的另一端，如图1所示为轴3的顶部。载物台11可相对轴3转动，载物台11下端设置载物台锁紧螺钉19，用于在载物台11相对轴3转动到位后锁紧其相对转动。载物台11上设置有调平螺钉2，用于载物台11的调平。

如图3所示，转臂4与轴3套接的一端的内侧设置转臂锁紧软铜片24，刻度盘10一端内侧设置刻度盘锁紧软铜片23，游标盘一端内侧设置游标盘锁紧软铜片26，载物台11的下端设置载物台锁紧软铜片27。载物台11沉头孔处设置水平泡12，例如长度为30mm，其用于水平调节。水平泡12下端穿过载物台11沉头孔处，与载物台形成转动副。

轴3为阶梯轴，具有至少两个轴肩，其中位于下部的第一轴肩下端与螺母螺纹配合，位于上部的第二轴肩卡在底座1的下端的内孔上，轴3的顶端设置一卡紧片22，底座1上端内孔设置一推力圆柱滚子轴承25，轴3的第二轴肩压在推力圆柱滚子轴承25上，游标28设置在游标盘弧线中部。

如图4所示，超声波发射装置固定杆16的下端设置一超声波发射装置固定杆固定螺栓29，超声波发射装置固定杆的上端设置有深度例如50mm的方形凹槽30，凹槽30与紧固片31配合，可使超声波发射装置15上下移动，超声波发射装置15两端设置有两个超声波发射装置调节螺钉32。

本实用新型的测量装置包括超声波发射系统，超声波分光度计，超声波接收系统，超声波综合测量装置，超声介质和超声波元件盒，以完成包括例如超声波波长的测量、超声波的传播速度的测量、超声波的反射系数和规律的研究、不同介质中超声波的折射率测量、超声波三棱镜顶角测量、超声波单缝衍射观测、超声波双缝干涉观测、模拟X射线衍射仪测量简单晶体模型的布拉格衍射等试验和测量。

本实用新型的综合测量装置，发射端固定在底座1的支撑脚上，接收端固定在转臂4一侧上，可以左右转动。游标盘13与刻度盘10优选可以分别都是圆、半圆、也可以是其他角度的弧形。游标盘13可以是单游标，也可以是通过直径中心相隔180°对称的双游标游标。游标盘13上的刻度优选分成30小格，在达到装配精度的情况下测量角度的精度会有所提高。

本实用新型综合测量装置的超声波接收端不仅可以前后移动，还可以左右转动及上下移动，以此可以实现三维测量，因此，可以进行超声速的测量之外还可以测量超声波的其他物理特性，如干涉、衍射、折射以及布拉格衍射等。

具体地，在一个具体实施例中，该装置在进行三维测量装置时，其接收端固定于第二导轨8上，而该第二导轨8则与第一导轨6配合，该第二导轨8一面刻有刻度，量程优选为150mm，分度值优选为1mm，类似于游标卡尺的主尺，另外，第二导轨滑块38上有刻度线(测量精度优选为0.02mm)，只是没有卡住被测物体的测量爪，读数方法跟游标卡尺的一样。移动第二导轨滑块到所需要的位置，拧紧紧固螺钉固定滑块，通过读数便可知道接收端在该方向上的位移量，进而测得实验数据。优选量程为300mm的第一导轨通过第一导轨滑块与第二导轨8配合，第一导轨滑块39滑块同样有刻度线，相当于一游标。此导轨固定于转臂上，当将转臂与发射端轴线平行时，配合第二导轨的滑块的移动方向将平行于超声波发射端轴线，此导轨滑块的配合是为了测量超声波接收端前后移动的位移距离，前后移动到合适的距离并用紧固螺钉紧固即可读出读数，此方向可以进行超声速的测量。为了防止第一导轨在实验过程中发生弯曲变形，还在前端和末端加一支撑万向轮，支撑万向轮的高度恰好使第一导轨平行于水平面(减少实验误差)。

在进行超声波接收端不需要前后移动是可以将第一导轨6取下，而将第二导轨8直接固定在转臂4上的第二导轨槽口36上，这样可以减小进行实验的占地面积，同时可以因力臂过长而影响测量精度。

发射端是固定在底座支撑脚上的，但是在实验过程中为了能找到发射端最佳的位置，该装置将超声波压电换能器通过紧固套固定在发射支架上。载物台11上有一沉头孔，沉头孔里放置有水平泡，检测载物台是否水平，而调节载物台水平则通过载物台下端的三根调节螺钉来实现。

每当实验开始之前都需要将超声波发射端与接收端轴线重合，以此可以减小实验误差。在目测两端是平行的情况下稍微转动接收端，此过程中通过观察示波器的波形寻找峰值，出现峰值的时候便说明了是两端平行的，在进行干涉、衍射、折射的实验时也是通过观察示波器寻找波峰波谷的位置而测得实验数据的。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于教学的超声波综合测量装置，其特征在于，包括：

置于支撑面上的底座(1)，该底座(1)上设置有超声波发射装置(15)，用于产生并发射超声波；

设置在底座(1)上的轴(3)，其与支撑面垂直；

转臂(4)，其一端套接在所述轴(3)上并可相对转动，另一端作为自由端与导轨端部连接，用于带动导轨转动，该导轨上设置有超声波接收装置(9)；

刻度盘(10)，其中心开孔并套装在所述轴(3)上，并可相对所述轴(3)转动；

游标盘(13)，其中心开孔并套装在所述轴(3)上，并可相对所述轴(3)转动以及相对刻度盘(10)转动；以及

载物台(11)，其套装在所述轴(3)的上端，用于承载测量样品，其可相对该轴(3)转动并同时可相对游标盘(13)转动。

2.根据权利要求1所述的一种用于教学的超声波综合测量装置，其中，所述导轨包括第一导轨(6)和第二导轨(8)，其中所述第一导轨(6)的一端与转臂(4)的自由端连接，该第一导轨(6)上套设有可相对其滑动的第一导轨滑块(39)，所述第二导轨(8)通过该第一导轨滑块(39)垂直设置在该第一导轨(6)上，所述超声波接收装置(9)安装在该第二导轨(8)上。

3.根据权利要求2所述的一种用于教学的超声波综合测量装置，其中，所述第二导轨(8)上设置有第二导轨滑块(38)，其可相对于所述第二导轨(8)滑动，所述超声波接收装置(9)设置在该第二导轨滑块(38)上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种用于教学的超声波综合测量装置，其中，所述刻度盘(10)位于转臂(4)之上，其在所述轴上相对底座(1)的高度高于转臂(4)，该刻度盘(10)与转臂(4)可相对转动，该刻度盘(10)一端设置有刻度盘锁紧螺钉(21)，其可在刻度盘(10)转动到位后锁紧其与轴(3)的相对转动。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的一种用于教学的超声波综合测量装置，其中，所述游标盘(13)位于刻度盘(10)之上，其在所述轴上相对底座(1)的高度高于刻度盘(10)，所述游标盘(13)与转臂(4)可相对转动，且所述轴(3)上套接有锁紧套(14)，该锁紧套(14)与游标盘(13)组成转动副，该锁紧套(14)一端设置游标盘锁紧螺钉(20)，其可在游标盘(13)转动到位后锁紧其与轴(3)的相对转动。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的一种用于教学的超声波综合测量装置，其中，所述载物台(11)下端设置载物台锁紧螺钉(19)，用于在载物台(11)相对轴(3)转动到位后锁紧其相对转动，该载物台(11)上设置有调平螺钉(2)，用于载物台(11)的调平。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的一种用于教学的超声波综合测量装置，其中，所述转臂(4)的自由端下部与第一万向轮(5)连接，第一万向轮(5)设置在转臂(4)与支撑面之间，用于在转臂(4)转动时支撑并随动，所述转臂(4)的转动可带动第一导轨(6)转动，所述第一导轨(6)另一端设置有支撑该端的第二万向轮(7)。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的一种用于教学的超声波综合测量装置，其中，所述底座(1)上设置有超声波发射装置固定杆(16)，其与轴(3)平行间隔布置，超声波发射装置(15)通过该超声波发射装置固定杆(16)安装。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的一种用于教学的超声波综合测量装置，其中，所述转臂(4)与轴(3)套接的端部内侧设置转臂锁紧软铜片(24)，所述刻度盘(10)与轴套接的中心孔内侧设置刻度盘锁紧软铜片(23)，所述游标盘与轴套接的中心孔内壁设置游标盘锁紧软铜片(26)，所述载物台(11)与轴套接的孔内壁设置载物台锁紧软铜片(27)。