超聲都卜勒效應測速實驗裝置製造方法
2023-07-07 22:44:41
超聲都卜勒效應測速實驗裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種超聲都卜勒效應測速實驗裝置，以解決現有超聲都卜勒效應測速儀存在的無法避免小車與導軌間存在摩擦力的問題。它包括氣墊導軌、數字毫秒計、發射換能器、接收換能器、信號源、模擬信號放大器、數字頻率計、滑塊、光電門，氣墊導軌上設有滑塊，氣墊導軌的側面設有光電門，滑塊上裝配有接收換能器，氣墊導軌的端部裝配有發射換能器，發射換能器與接收換能器的表面互相平行，發射換能器與信號源相連，模擬信號放大器的輸入端與接收換能器相連，模擬信號放大器的輸出端與數字頻率計的輸入端相連，數字毫秒計與光電門相連。本實用新型裝置中滑塊在氣墊導軌上作近似勻速直線運動，這比一些實驗中用小車作運動物體的效果要好。
【專利說明】
超聲都卜勒效應測速實驗裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及物理教學中的力學裝置，特別涉及一種利用超聲都卜勒效應測量物體的速度實驗裝置。
【背景技術】
[0002]超聲都卜勒效應測量物體的速度實驗是各大學必做的實驗。一般開設基於都卜勒效應的實驗項目，需要重新購置相應的實驗設備，包括複雜的機械系統及運動控制系統，費用較高。本實驗綜合利用現有的
[0003]聲速測量實驗儀器及氣墊導軌實驗儀器，以模擬信號放大電路及數字頻率計作為數據測量單元，設計出一套簡易的都卜勒效應測速實驗儀器，以開展都卜勒效應相關的設計性實驗。
[0004]現有超聲都卜勒測速實驗中用小車作運動物體，以致小車與導軌間存在摩擦力，測量的效果不佳，且存在成套設備費用高的問題。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的是提供一種簡易的超聲都卜勒效應測速實驗裝置，以解決現有超聲都卜勒效應測速儀存在的無法避免小車與導軌間存在摩擦力的問題。
[0006]本實用新型技術方案如下:一種超聲都卜勒效應測速實驗裝置，包括氣墊導軌、數字毫秒計、發射換能器、接收換能器、信號源、模擬信號放大器、數字頻率計、滑塊、光電門，氣墊導軌上設有滑塊，氣墊導軌的側面設有光電門，滑塊上裝配有接收換能器，氣墊導軌的端部裝配有發射換能器，發射換能器與接收換能器的表面互相平行，發射換能器與信號源相連，模擬信號放大器的輸入端與接收換能器相連，模擬信號放大器的輸出端與數字頻率計的輸入端相連，數字毫秒計與光電門相連。
[0007]本實用新型裝置由氣墊導軌和滑塊組成機械運動部分，必須調節氣墊導軌水平，這時滑塊與導軌間的摩擦力很小，滑塊在氣墊導軌上作近似勻速直線運動，這比一些實驗中用小車作運動物體的效果要好。用數字毫秒計測量出滑塊上遮光板經過光電門時遮光時間，然後用遊標卡尺測量出遮光板的寬度，計算出滑塊的速度，再以與都卜勒測速作比較。本實用新型裝置簡單，能夠減少實驗室經費開支。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是一種超聲都卜勒效應測速實驗裝置的結構示意圖。
[0009]附圖標記含義如下:氣墊導軌(I)、數字毫秒計(2)、發射換能器(S1X接收換能器(S2)、信號源(3)、模擬信號放大器(4)、數字頻率計(5)、滑塊(6)、光電門(7)。
【具體實施方式】
[0010]下面結合附圖對本實用新型做進一步解釋說明。
[0011]一種超聲都卜勒效應測速實驗裝置，包括氣墊導軌1、數字毫秒計2、發射換能器S1、接收換能器S2、信號源3、模擬信號放大器4、數字頻率計5、滑塊6、光電門7，氣墊導軌I上設有滑塊6，氣墊導軌I的側面設有光電門7，滑塊6上裝配有接收換能器S2，氣墊導軌I的端部裝配有發射換能器S1，發射換能器S1與接收換能器S2的表面互相平行，發射換能器S1與信號源3相連，模擬信號放大器4的輸入端與接收換能器S2相連，模擬信號放大器4的輸出端與數字頻率計5的輸入端相連，數字毫秒計2與光電門7相連。
[0012]本實施方式中信號源3選用SBZ-A專用信號源，數字毫秒計選用GB-9F電子管毫伏表，發射換能器S1和接收換能器S2利用壓電效應將信號源輸出的正弦振蕩電信號轉換成超聲振動。
[0013]具體實施步驟如下:利用動態調平法調節氣墊導軌I的水平。
[0014]信號源3輸出頻率的調節:調節發射換能器S1的發射面與接收換能器S2的接收面互相平行，將信號源3輸出的驅動信號頻率調節到實驗室給出發射換能器的諧振頻率點附近處，使發射換能器有較高的電-聲能轉換效率，移動滑塊6到某一位置，調整信號源3的輸出信號頻率，用數字毫秒計2觀察接收換能器S2的輸出電壓幅度變化，在某一頻率點處電壓幅度最大，這是穩定信號頻率，是最佳工作頻率點，記下信號源的輸出信號頻率f。
[0015]實驗數據測量:把接收換能器S2的輸出信號輸入到信號放大器4，經信號放大器放大後再輸入到數字頻率計5，測量接收換能器(SJ接收到的超聲波頻率，輕輕推動滑塊6，使滑塊在氣墊導軌上做勻速直線運動，從數字頻率計5上測量出接收換能器輸出信號的頻率f』，同時從數字毫秒計2上測量出滑塊6上遮光板通過光電門的遮光時間Λ t，反覆測量多次。實驗過程中要觀察專用信號源輸出信號的頻率，當其頻率產生漂移時，重新調到諧振頻率。
[0016]當滑塊在導軌上作勻速運動時，滑塊上的超聲換能器接收到的超聲波信號由於都卜勒效應而產生頻率變化，轉換為電信號，利用數字頻率計測量出電信號的頻率f』，從專用信號源上讀出信號源輸出的超聲波信號頻率f，利用
f'-f
公式V=Z———V (其中V是物體的速度，V是超聲波在室溫下的波速，
/
F = F0Jl + ^^ ? K 是(TC時聲速，K=33L45m/s),
0I 273.15 0—0
[0017]這時運動系統屬于波源靜止觀察者運動的情況，便可計算出物體及滑塊的速度。
As
[0018]根據公式V =——計算出滑塊運動的速度作為滑塊的實際速度，再與由公式
ΔΓ
f — f
V =-———V計算出的滑塊速度作比較，發現誤差較小，在2%以內。
/
【權利要求】
1.一種超聲都卜勒效應測速實驗裝置，其特徵在於:它包括氣墊導軌(I)、數字毫秒計(2)、發射換能器(S1X接收換能器(S2)、信號源(3)、模擬信號放大器(4)、數字頻率計(5)、滑塊(6)、光電門(7)，氣墊導軌(I)上設有滑塊(6)，氣墊導軌(I)的側面設有光電門(7)，滑塊(6)上裝配有接收換能器(S2)，氣墊導軌(I)的端部裝配有發射換能器(S1),發射換能器(S1)與接收換能器(S2)的表面互相平行，發射換能器(S1)與信號源(3)相連，模擬信號放大器(4)的輸入端與接收換能器(S2)相連，模擬信號放大器(4)的輸出端與數字頻率計(5)的輸入端相連，數字毫秒計(2)與光電門(7)相連。
【文檔編號】G09B23/10GK204010433SQ201420311758
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年6月12日 優先權日:2014年6月12日
【發明者】張曉娟, 鄭維民 申請人:甘肅民族師範學院