CN2476802Y - 声速测量仪 - Google Patents
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Abstract
一种声速测量仪,由声波发射换能器,安装在导轨滑块上的声波接收换能器和安装在声波发射换能器和声波接收换能器前的挡板组成,声波发射换能器连接信号发生器,声波接收换能器连接接收放大器信号发生器及接收放大器连接示波器。优点是:该仪器的发射接收换能器可以较灵活地放置在1—2m远处,反射挡板足够大,使入射波和反射波为较好的平面波,以形成规范的驻波,从而保证测量精度。
Description
本实用新型属于测量仪器，特别涉及一种声速测量仪。
目前在教学实践中我们发现，各大专院校的“普通物理实验”中沿用了二十多年的“声速测量仪”存在一定的问题。原声速测量仪中的发射、接受换能器之间的实际测量距离在3-15cm的位置上。由振幅衰减情况可知声场为球面波范围，可以用球汗克函数作级数展开，而球汗克函数具有不等间隔的零点，只有当测量距离增大到无穷远时才趋近于平面波，此时零点间隔才减小到半个波长。由于原理上的缺陷，导致测量数据一致偏大，因此容易对学生形成误导。
本实用新型的目的是提供一种声速测量仪，克服现有技术的缺点和不足。
本实用新型的目的是这样实现的；
一种声速测量仪，由声波发射换能器，安装在导轨滑块上的声波接收换能器和安装在声波发射换能器和声波接收换能器前的挡板组成，其特征为：声波发射换能器连接信号发生器，声波接收换能器连接接收放大器信号发生器及接收放大器连接示波器。
信号发生器由集成电路DIP8-386和电容、二极管组成，集成电路DIP8-386的2、4脚连接地线，5脚连接电容C4、C3，电容C4另一端去连接信号发生器外的声波发射换能器和示波器、电容C3另一端连接二极管D，二极管二极管另一端接地线，6脚连接正电源。
接收放大器由集成电路DIP8-353和电容、电阻组成，集成电路DIP8-353的1脚连接电阻R10、R11；2脚连接电阻R9和电阻R10的另一端，R9另一端接地线；3脚连接电阻R8和电容C7；电阻R8另一端接地线，电容C7另一端连接接收放大器外的示波器；4脚连接负电源，5脚连接地线，6脚连接电阻R12和电容C8，电容C8另一端连接电阻R11另一端；7脚连接电阻R12另一端和电容C6，电容C6另一端连接电阻R7，电容C6另一端还连接接收放大器外的声波接收换能器，R7另一端接地线；8脚连接正电源；接收放大器外的示波器和声波接收换能器还接地线。
本实用新型的优点是：
该仪器适用于大学物理实验教学中测定空气中的超声声速。该仪器的发射接收换能器可以较灵活地放置在1-2m远处，反射挡板足够大，使入射波和反射波为较好的平面波，以形成规范的驻波，从而保证测量精度。技术指标
1、超声频率 Supersonic frequency 27kHz
2、频率可调范围 Adjustable range of frequency ±5kHz
3、最大测量距离 Significant distance for measuring 300mm
4、千分尺读数精度Accuracy of the caliper reading system 0.02mm
5、相对测量误差 Relative measuring error ＜1％
下面结合附图说明实施例：
图1是声速测量仪结构示意图
图2是声速测量仪信号发生器电原理图
图3是声速测量仪接收放大器电原理图
本仪器工作原理
对于声速的测量(如频率、波速、波长等)是声学应用技术中的一个重要内容，特别是声波声速(简称声速)的测量，在声波定位、探伤、测距等应用中具有重要意义。
声波的传播速度c与其频率f和波长λ的关系为：
c＝fλ由上式可知，测得声波的频率f和频率λ，就可算出声速c，其中声波频率f可通过频率计测得。声波波长λ可利用驻波通过共振干涉法或相位比较法测出。
发射器发射出一定频率的声波，经空气传播到达一无限大硬质挡板处产生反射，反射波和入射波发生干涉叠加，形成稳定驻波，板面为波节。接收器看为无限小，对空间场的分布影响可以忽略。当接收器在声场中运动时，遇到连续的波节与波腹，通过示波器上图形的变化，可得到两波腹间的距离，为λ/2。由此，可得到声波波长λ。仪器结构
本仪器由信号发生器、发射及接收换能器、可读数的导轨、示波器等主要部分组成。1.信号发生器及接收放大器，2.发射换能器，3.导轨，4.滑块，5.接收换能器，6.挡板，7.示波器。仪器的调整
仪器按照下列步骤进行调整
1.把发射换能器与信号源相连，接收换能器与示波器相连。
2.把挡板放置最右端，并与导轨垂直，导轨上的滑块滑至最右端。
3.打开信号电源，调到所需频率。打开示波器，调至恰当位置。
4.向左滑动滑块，观察示波器上波形的变化，观察一段距离后，
再把滑块滑至最右端，开始读数。
5.在4中可以适当调整发射换能器和挡板方向，使示波器上波峰
最大。实验方法
1.利用共振干涉法测量声速
(1)发射换能器的两根接线中，黑色的接头接到频率计的接地端。改变信号源的输出频率，使之约为27kHz，测出谐振频率值(看到波峰为最大时的值)。实验中，应保持激振电压和频率值不变。
(2)由右至左移动接收换能器，观察示波器上的波形(正弦波)变化，依次记下波幅为极大值点的位置坐标，测出20组数据(最少10组)。
(3)记下频率计的输出频率f，以及现场湿度计的干湿温度t及t′，大气压强p。
(4)处理实验数据。
2.利用相位比较法测量声速
利用李萨如图形比较发射器电压与接收器电压之间的相位差。移动接收器，依次记下图形为斜直线时游标卡尺上的读数，连续观察到倾角相同的斜直线对应于相位差改变了2π，也即对应接收器移动了一个波长的距离。
3.对尽可能多的频率重复测量以确定声速是否与频率有关。
4.可以做如下附加实验：材料的声吸收可用已知厚度的此材料板
盖住挡板，通过测量驻波的振幅变化来测定。
Claims (3)
1、一种声速测量仪，由声波发射换能器，安装在导轨滑块上的声波接收换能器和安装在声波发射换能器和声波接收换能器前的挡板组成，其特征为：声波发射换能器连接信号发生器，声波接收换能器连接接收放大器信号发生器及接收放大器连接示波器。
2、根据权利要求1所述的声速测量仪，其特征为：信号发生器由集成电路DIP8-386和电容、二极管组成，集成电路DIP8-386的2、4脚连接地线，5脚连接电容C4、C3，电容C4另一端去连接信号发生器外的声波发射换能器和示波器、电容C3另一端连接二极管D，二极管二极管另一端接地线，6脚连接正电源。
3、根据权利要求1所述的声速测量仪，其特征为：接收放大器由集成电路DIP8-353和电容、电阻组成，集成电路DIP8-353的1脚连接电阻R10、R11；2脚连接电阻R9和电阻R10的另一端，R9另一端接地线；3脚连接电阻R8和电容C7；电阻R8另一端接地线，电容C7另一端连接接收放大器外的示波器；4脚连接负电源，5脚连接地线，6脚连接电阻R12和电容C8，电容C8另一端连接电阻R11另一端：7脚连接电阻R12另一端和电容C6，电容C6另一端连接电阻R7，电容C6另一端还连接接收放大器外的声波接收换能器，R7另一端接地线；8脚连接正电源；接收放大器外的示波器和声波接收换能器还接地线。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN107830926A (zh) * | 2017-11-27 | 2018-03-23 | 浙江星天海洋科学技术有限公司 | 固定距离共振干涉法的新型海水声速计 |
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2001
- 2001-04-20 CN CN 01219769 patent/CN2476802Y/zh not_active Expired - Fee Related
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| CN114877983A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-08-09 | 哈尔滨工程大学 | 一种高度集成的声速测量仪及测量方法 |
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