變頻定距聲速測量實驗儀的製作方法

2023-05-16 15:21:46

專利名稱：變頻定距聲速測量實驗儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及物理教學實驗儀器，特別是一種聲速測量實驗儀器。
技術背景目前大學物理實驗中使用的聲速測量實驗儀器，主要包括超聲波換能器一對，用 於發射和接收超聲波；百分之一毫米準確度的螺杆位移系統(帶動接收超聲波換能器移動)；信號發生器和示波器。其利用駐波法或相位法測量空氣中的聲速。這類實驗儀器，都具有精密複雜的機械傳動裝置，在超聲波接收換能器前進和後退的反向移動時，都存在空程差，此外，由於精密機械儀器成本較高。所有這類儀器的共同點是實驗時，儀器發出的超聲波的頻率都是固定不變的，如果頻率發生變化，會導致測量誤差
實用新型內容
本實用新型的目的就是針對現有聲速實驗儀器存在的機械部分要求精度高、存在空程差、成本高的問題，利用音頻信號發生器信號調節範圍寬的特點，固定發聲端和接收端(也是聲波反射端)的距離，通過調節音頻信號的頻率，使其在固定長度的傳聲通道的圓管內形成駐波，利用相位法和駐波法，測量聲速。本發明採用如下技術方案一種變頻定距聲速測量實驗儀，其包括一根圓管，發聲喇叭和拾音喇叭分別安裝於圓管的兩端，發聲喇機與可輸出不同頻率信號的信號發生器的輸出端相連，拾音喇機與對音頻信號進行放大的音頻功放相連，激勵發聲喇叭的信號還被連接到雙蹤示波器的CH2通道，音頻功放的輸出信號接到示波器的CHl通道。連續改變信號發生器的頻率，利用相位法或駐波法，測量聲速。所述的發聲喇叭和拾音喇叭的距離固定不變。所述的發聲喇叭和拾音喇叭均為金屬膜全頻小喇叭。所述的測量方法是連續改變信號發生器的頻率來測量聲速。本實用新型在透明圓管的兩端相對安裝金屬膜小喇叭，一個喇叭與可調音頻信號發生器相連，成為發聲喇叭，另一喇叭作為拾音器使用，接收聲音，並變成電信號輸入到小型音頻功放中放大，該喇叭還把傳來的聲波反射回去。此外，把激勵發聲喇叭的正弦輸入信號連到雙蹤示波器的CH2通道，音頻功放的輸出信號接到示波器的CHl通道。通過調節信號發生器的頻率，可以在示波器上看到發聲和接收信號頻率比為I : 1，相位差不斷變化時形成的直線、橢圓、圓及其不斷交替變化。在發聲和拾音信號的相位差為2η π和(2η+1) π、即示波器上顯示不同方向直線時記錄信號發生器的頻率值，利用兩個喇叭之間的距離和記錄的喇叭激勵信號的頻率值，就可以計算出聲速。本實用新型的優點沒有複雜精密的機械傳動部分，提高了儀器的可靠性，降低了成本；可用於高校的聲速測量實驗或演示物理實驗。


[0011]圖I為本實用新型的結構示意圖。圖中1、透明圓管,2、發聲喇機,3、拾音喇機,4、音頻功放,5、不波器,6、信號發生器。
具體實施方式
如圖I所示，透明圓管I的左端安裝有發聲喇叭2，右端安裝有拾音喇叭3，信號發生器的輸出信號連接到發聲喇叭2，喇叭2發出的聲波通過圓管I傳到喇叭3，並部分被反射回喇叭2，再有部分反射，回到喇叭3，經多次反射，內部聲波達到穩定狀態，喇叭3接收聲波後變成電信號，傳輸給音頻功放4，經功放4放大的信號連接到示波器5的CHl通道。信號發生器6激勵喇叭2的信號也被連接到示波器5的CH2通道。實驗時，通過調節信號發生器的頻率f，可以在示波器上看到發聲和拾音信號頻率比為I : 1，相位差不斷變化時形成的直線、橢圓、圓及其不斷交替變化。在發聲和拾音信號的相位差為2ηπ和(2η+1) π、即示波器上顯示不同方向直線時記錄信號發生器的頻率值
和f2，利用兩個喇叭之間的距離L和記錄的喇叭激勵信號的頻率，就可以計算出聲速V，即 V = 2L (f2_fi) ο
權利要求1.一種變頻定距聲速測量實驗儀，其特徵在於其包括一根圓管，發聲喇叭和拾音喇叭分別安裝於圓管的兩端，發聲喇叭與可輸出不同頻率信號的信號發生器的輸出端相連，拾音喇叭與對音頻信號進行放大的音頻功放相連，激勵發聲喇叭的信號還被連接到雙蹤示波器的CH2通道，音頻功放的輸出信號連接到示波器的CHl通道；連續改變信號發生器的頻率，利用相位法或駐波法，測量聲速。
2.根據權利要求I所述的變頻定距聲速測量實驗儀，其特徵在於所述的發聲喇叭和拾音喇叭的距離固定不變。
3.根據權利要求I所述的變頻定距聲速測量實驗儀，其特徵在於連續改變信號發生器的頻率，激勵發聲喇叭發出聲音，利用相位法或駐波法，測量聲速。
4.根據權利要求I所述的變頻定距聲速測量實驗儀，其特徵在於所述的發聲喇叭和拾音喇叭均為金屬膜全頻小喇叭。
專利摘要變頻定距聲速測量實驗儀，屬於物理教學實驗儀器領域。本實用新型包括一根圓管，發聲喇叭和拾音喇叭分別安裝於圓管的兩端，發聲喇叭與可調音頻信號發生器的輸出端相連，拾音喇叭與對音頻信號進行放大的功放相連，激勵發聲喇叭的信號還連接到雙蹤示波器的CH2通道，音頻功放的輸出信號接到示波器的CH1通道，測量時，通過連續改變信號發生器的輸出頻率，利用相位法，測量聲速。本實用新型沒有複雜精密的機械傳動部分，提高了儀器的可靠性，降低了成本；可用於高校的聲速測量實驗或演示物理實驗。
文檔編號G01H5/00GK202382846SQ201120552328
公開日2012年8月15日 申請日期2011年12月26日 優先權日2011年12月26日
發明者何雨航, 李寶勝, 王吉有, 王翀 申請人:北京工業大學