CN207074522U - 二维驻波共振演示仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种二维驻波共振演示仪，包括：音频发生器，包括功放板和与所述功放板的音频连接端连接的喇叭，所述喇叭内设置有振动膜；驻波演示装置，其包括水平演示板和垂直支撑在所述水平演示板下方的传振管，所述水平演示板的上方分布有可自由活动的颗粒，所述传振管的下端与所述音频发生器固定连接，通过传振管将声波振动传递给水平演示板，从而引发颗粒进行复杂的振动，形成克拉尼图形。采用在二维平面上显示克拉尼图形的方式，能够直观地观察到演示现象，操作简单容易理解，方便数据的测量，更具有观赏性，尤其是在不同的频率下，能够显示出不同的克拉尼图形，可以据此判断分析，或者测量数据，使演示效果得到进一步保证。
Description
技术领域
本实用新型涉及物理实验仪器领域，更具体地说，本实用新型涉及一种二维驻波共振演示仪。
背景技术
现有的共振演示仪通常只能展现共振的现象，即通过改变频率将振动传给振动元件，并展现驻波振动的现象。例如，驻波演示仪(环形驻波)HZB-1，SW-1驻波演示仪,振动频率和振动幅度分别可调，振动频率由五位数码管显示，由驱动膜的振动，进而驱动环形软性圆环，弹簧和金属片，通过频率调节可以观察到稳定的振动图像。但此种振动图像存在一定的缺陷性，由于驱动软性圆环来观察振动图像，所以只能观察到振动的现象，而无法准确的观察到驻波的实际位置以及具体走势。又比如，改变频率只能通过振动与否以及强烈程度来进行分析，没有另外的数据来对于实际的振动效果展开更加深入的讨论。另外，在进行振动现象演示的时候，因振动元件大多选用金属条或者金属棒，只能观察到一维驻波的传递现象，对于二维驻波在平面内实际产生的波节等均无法体现，对于振动现象的展示仅为浅层次的演示。由此可见，开发一种采用在二维平面上显示克拉尼图形的方式，能够直观地观察到演示现象，操作简单容易理解，方便数据的测量，更具有观赏性，尤其是在不同的频率下，能够显示出不同的克拉尼图形，可以据此判断分析，或者测量数据，使演示效果得到进一步保证的二维驻波共振演示仪是很有必要的。
实用新型内容
本实用新型的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本实用新型还有一个目的是提供一种二维驻波共振演示仪，其采用在二维平面上显示克拉尼图形的方式，能够直观地观察到演示现象，操作简单容易理解，方便数据的测量，更具有观赏性，尤其是在不同的频率下，能够显示出不同的克拉尼图形，可以据此判断分析，或者测量数据，使演示效果得到进一步保证。
为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种二维驻波共振演示仪，包括：
音频发生器，包括功放板和与所述功放板的音频连接端连接的喇叭，所述喇叭内设置有振动膜。
驻波演示装置，其包括水平演示板和垂直支撑在所述水平演示板下方的传振管，所述水平演示板的上方分布有可自由活动的颗粒，所述传振管的下端与所述振动膜固定连接。
优选的是，所述功放板设置有多个用以调节功放板参数的调音旋钮。
优选的是，所述水平演示板为方形板或圆形板，所述传振管的上端可拆卸连接所述水平演示板的几何中心。
优选的是，所述水平演示板的厚度为0.5-1.5mm。
优选的是，所述传振管为中空圆柱形管体，所述传振管的直径为4.0-8.0mm。
优选的是，所述颗粒为盐粒、砂粒或者荧光颗粒。
优选的是，还包括箱体、控制器和显示屏，所述箱体套设在所述驻波演示装置的外部，所述箱体内部设置有紫外灯和摄像头，其中，所述紫外灯与所述控制器相连，所述显示屏与所述摄像头相连。
优选的是，所述摄像头设置在与所述水平演示板的几何中心相对的所述箱体内部的顶板上。
本实用新型至少包括以下有益效果：
本实用新型所述的二维驻波共振演示仪，通过音频发生器的功放板将音频信号放大，并传递给与所述功放板的音频连接端连接的喇叭，引发设置在所述喇叭内的振动膜振动；所述驻波演示装置包括水平演示板和垂直支撑在所述水平演示板下方的传振管，所述水平演示板的上方分布有可自由活动的颗粒，所述传振管与所述振动膜固定连接，通过传振管将振动传递给所述水平演示板，引起共振，在所述水平演示板上形成振动波，振动波传递到所述水平演示板的边界处发生反射，形成振动波的振幅和频率形同的反射波，反射波与振动波在所述水平演示板叠加形成驻波，从而带动所述水平演示板上方的颗粒进行复杂的振动，而由于驻波的相干性，波节处保持不动，颗粒在波节处存留形成克拉尼图形，从而完成二维驻波共振的演示；克拉尼图形的形状会因信号的频率的大小而演变出不同的图形，从而构成一个完整的共振演示过程。采用显示克拉尼图形的方式，能够直观地观察到演示现象，操作简单容易理解，方便数据的测量；用质量轻，散度大的颗粒，可方便的构成克拉尼图形，更具有观赏性。尤其是在不同的频率下，能够显示出不同的克拉尼图形，可以据此判断分析，或者测量数据，使演示效果得到进一步保证。
本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本实用新型所述二维驻波共振演示仪的结构示意图；
图2为本实用新型所述二维驻波共振演示仪加箱体的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1和图2所示，本实用新型提供一种二维驻波共振演示仪，包括：
音频发生器100，包括功放板110和与所述功放板110的音频连接端111连接的喇叭120，所述喇叭120内设置有振动膜121。
驻波演示装置200，包括水平演示板210和垂直支撑在所述水平演示板下方的传振管 220，所述水平演示板210的上方分布有可自由活动的颗粒211，所述传振管220的下端与所述振动膜121固定连接。
在上述方案中，所述音频发生器100的功放板110将所收到的音频信号放大，并通过音频连接端111传递给喇叭120内部的振动膜121，通过与所述振动膜121固定连接的传振管220将音频引发的振动传递给所述水平演示板210，所述水平演示板上形成振动波，振动波从振动源点出发到达所述水平演示板的边界处返射形成与所述振动波的振幅和频率都相同的反射波，反射波与振动波叠加形成驻波，从而带动所述水平演示板210上方可自由活动的颗粒211进行复杂的振动，而由于驻波的相干性，波节处保持不动，颗粒211 在波节处存留形成克拉尼图形，即二维的驻波共振演示图形；克拉尼图形的形状会因信号的频率的大小而演变出不同的图形，从而构成一个完整的共振演示过程。采用显示克拉尼图形的方式，能够直观地观察到演示现象，操作简单容易理解，方便数据的测量；用质量轻，散度大的颗粒211，可方便的构成克拉尼图形，更具有观赏性。尤其是在不同的频率下，能够显示出不同的克拉尼图形，可以据此判断分析，或者测量数据，使演示效果得到进一步保证。
所述功放板110的音频连接端111，可通过3.5mm音频aux转rca双莲花插头转接线与喇叭120连接，由喇叭120输出可变频率的音频信号；功放板110采用4只原装进口 D1047作为推动管，加装风扇进行散热，并采用功率为180w的环形变压器进行供电，采用互补电路设计进行连接。
一个优选方案中，所述功放板110设置有多个用以调节功放板110参数的调音旋钮112。
在上述方案中，通过在功放饭上设置多个调音旋钮112，以调节功放板110的声音灵敏度、失真度、和声道平衡度等参数，克拉尼图形的形状会因信号的频率的大小而演变出不同的图形。
一个优选方案中，所述水平演示板210为方形板或圆形板，所述传振管220的上端可拆卸连接所述水平演示板210的几何中心。
在上述方案中，所述水平演示板210可以是方形板，也可以是圆形板，由于驻波在板边界的反射是有差异的，因而不同形状的水平演示板显示的图形会有所不同，将所述传振管220的上端固定连接所述水平演示板210的几何中心，以形成对称的克拉尼图形，更具有观赏性，方便研究；并不限定所述水平演示板210一定为方形板或圆形板，也可以是其他形状的水平演示板210，以方便观察演示的克拉尼图形为准，在本方案的一个实施例中，所述水平演示板为方形板，其几何中心有一圆孔，在所述圆孔内插入十字圆头螺丝，再将所述螺丝插入传振管内，并通过与所述十字圆头螺丝相配适的垫片和螺母进行连接处的加固，需要将方形板改为圆形板时，可将螺母、垫片和螺丝拆下进行更换；同样地，也不限定所述水平演示板210的材质，所述水平演示板210可以是ABS塑料薄板或PE薄板，以具有一定的支撑强度并能够传递振动为准。
一个优选方案中，所述水平演示板210的厚度为0.5-1.5mm。
在上述方案中，所述水平演示板210的厚度设置在0.5mm到1.5mm之间，所述水平演示板210的厚度越大，越不容易引发颗粒211的共振，因此也就越难观察到克拉尼图形；反之水平演示板210的厚度越小，越容易受到外界噪音的干扰，从而影响演示结果，优选地，在本方案的一个实施例中，所述水平演示板210的厚度为1.0mm，此时演示得到的克拉尼图形最具代表性。
一个优选方案中，所述传振管为中空圆柱形管体，所述传振管220的直径为4.0-8.0mm。
在上述方案中，所述传振管220为ABS塑料管，并不限定其一定为ABS塑料管，也可以是PE管或其他材质的传振管220，以能够真实地传递振动为准；所述传振管220的直径设置在4.0mm到8.0mm之间，所述传振管220的直径越大，对音频振动的损耗也就越大，因此也就越不容易观察到演示结果；反之传振管220的直径越小，越容易受到外界噪音振动的干扰，从而使演示结果失去真实性。优选地，在本方案的一个实施例中，所述传振管220的直径为6.0mm，此时得到的克拉尼图形最为标准。
一个优选方案中，所述颗粒211为盐粒、砂粒或者荧光颗粒。
在上述方案中，所述颗粒211可以是盐粒，也可以是砂粒、荧光颗粒或其他类似的颗粒物；盐粒属于易潮解的物质，由于本身特性，可以在形成克拉尼图形后，做到图形的固定，便于后续的观察，测量和转移；荧光颗粒内含有荧光素，可在光线较暗的情况下发出荧光，形成的克拉尼图形易于观察，且具有观赏性。
一个优选方案中，还包括箱体300、控制器310和显示屏320，所述箱体300套设在所述驻波演示装置200的外部，所述箱体300内部设置有紫外灯311和摄像头321，其中，所述紫外灯311与所述控制器310相连，所述显示屏320与所述摄像头321相连。
在上述方案中，通过在驻波演示装置200外部套设箱体300，形成封闭的暗室，并在所述箱体300内部设置紫外灯311和摄像头321；在本方案的一个实施例中，采用荧光颗粒作为颗粒211，所述荧光颗粒在紫外灯311的照射下发出荧光，通过摄像头321将形成的克拉尼图形拍摄并传递到显示屏320，能够通过显示屏320直接观察到由音频共振产生克拉尼图形的演变过程，通过摄像头321拍摄并保存为影像信息，为后期研究提供材料。
一个优选方案中，所述摄像头321设置在与所述水平演示板210的几何中心相对的所述箱体300内部的顶板330上。
在上述方案中，所述摄像头321垂直设置在所述水平演示板210的几何中心的正上方，以拍摄完整的二维驻波共振演示图形，并将演示图形传递到所述显示屏320，以供人们通过显示屏320获取足够的克拉尼图形信息，确保人们通过克拉尼图形推断有关振动信息的准确性。
尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (8)
1.一种二维驻波共振演示仪，其特征在于，包括：
音频发生器，包括功放板和与所述功放板的音频连接端连接的喇叭，所述喇叭内设置有振动膜；
驻波演示装置，其包括水平演示板和垂直支撑在所述水平演示板下方的传振管，所述水平演示板的上方分布有可自由活动的颗粒，所述传振管的下端与所述振动膜固定连接。
2.如权利要求1所述的二维驻波共振演示仪，其特征在于，所述功放板设置有多个用以调节功放板参数的调音旋钮。
3.如权利要求1所述的二维驻波共振演示仪，其特征在于，所述水平演示板为方形板或圆形板，所述传振管的上端可拆卸连接所述水平演示板的几何中心。
4.如权利要求1所述的二维驻波共振演示仪，其特征在于，所述水平演示板的厚度为0.5-1.5mm。
5.如权利要求1所述的二维驻波共振演示仪，其特征在于，所述传振管为中空圆柱形管体，所述传振管的直径为4.0-8.0mm。
6.如权利要求1所述的二维驻波共振演示仪，其特征在于，所述颗粒为盐粒、砂粒或者荧光颗粒。
7.如权利要求1-6任意一项所述的二维驻波共振演示仪，其特征在于，还包括箱体、控制器和显示屏，所述箱体套设在所述驻波演示装置的外部，所述箱体内部设置有紫外灯和摄像头，其中，所述紫外灯与所述控制器相连，所述显示屏与所述摄像头相连。
8.如权利要求7所述的二维驻波共振演示仪，其特征在于，所述摄像头设置在与所述水平演示板的几何中心相对的所述箱体内部的顶板上。
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|---|---|---|---|---|
| CN110164265A (zh) * | 2019-05-15 | 2019-08-23 | 河海大学 | 一种竖直纵波驻波实验测量装置及方法 |
| CN112669684A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-04-16 | 杭州电子科技大学 | 一种电信号激励下液面法拉第驻波产生方法 |
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