專利名稱：聲速測(cè)定儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種教育演示用具，特別是一種適用于高等院校物理實(shí)驗(yàn)的聲速測(cè)定儀。
現(xiàn)有的聲速測(cè)定儀是在一個(gè)框架型的儀器座上設(shè)置超聲波的發(fā)射源與超聲波的接收頭，為了使超聲波發(fā)射頭與接收頭在同一條平行線上，教師與學(xué)生不得不把大部分時(shí)間與精力用在調(diào)節(jié)平行和其他雜項(xiàng)工作上，沖淡了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，測(cè)定的原理和方法的學(xué)習(xí)，理解和掌握。尤其是在有的學(xué)生長(zhǎng)時(shí)間調(diào)節(jié)不到平行的效果，很容易產(chǎn)生煩燥情緒和逆反心理，使原定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐耆_(dá)不到要求。
同時(shí)，現(xiàn)有的聲速測(cè)定儀只能測(cè)量聲波在空氣中的傳播速度，而不能測(cè)量聲波在其它媒質(zhì)中的傳播速度。例如現(xiàn)有的聲速測(cè)定儀的框架較輕，放在水中發(fā)漂，無(wú)法穩(wěn)定操作，而且其超聲波的發(fā)射頭與接收頭后背的導(dǎo)線入口會(huì)進(jìn)水，使所測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。
本實(shí)用新型的目的是要提供一種可在不同的實(shí)驗(yàn)媒質(zhì)中測(cè)定聲波的傳播速度和取消調(diào)節(jié)平行操作的聲速測(cè)定儀。這種聲速測(cè)定儀的超聲波發(fā)射面與接收面在裝配時(shí)已限定在同一條中心線上，并與儀器上的兩導(dǎo)軌間的面積垂直。在導(dǎo)線與超聲波發(fā)射頭與接收頭的連接處裝有橡膠塞，因此導(dǎo)線連接處不會(huì)滲漏，所以聲速測(cè)定儀可在液態(tài)實(shí)驗(yàn)媒質(zhì)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)施的聲速測(cè)定儀是由金屬澆鑄而成的儀器座，此儀器座是兩端高起，中間平整的元寶狀體。元寶狀體的整體較重，可放在任何一種實(shí)驗(yàn)媒質(zhì)中不會(huì)漂浮，即使實(shí)驗(yàn)有一個(gè)穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，為取得良好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果提供了條件。在儀器座的元寶狀體的兩端高起部分與中間平面的連接處設(shè)兩條導(dǎo)軌，導(dǎo)軌與水平線平行，在兩根導(dǎo)軌上穿裝一個(gè)似梯形的滑塊，即滑塊的下底邊上開(kāi)出兩個(gè)與導(dǎo)軌直徑相近的圓孔，可穿插在兩條導(dǎo)軌上并可在導(dǎo)軌上左右滑動(dòng)。再在滑塊頂端裝上一個(gè)圓柱形的超聲波接收頭，接收頭的一端是超聲波接收面，另一端的圓心處裝有一根螺桿，此螺桿穿過(guò)元寶狀儀器座一端高起部分頂端處的螺管后，再在螺桿的頂端裝上一個(gè)手輪。于是用手向左右搖動(dòng)手輪，滑塊可在導(dǎo)軌上左右移動(dòng)。在元寶狀儀器座的另一端高起部分的頂部固定一個(gè)圓柱形的超聲波發(fā)射頭，此發(fā)射頭與接收頭的兩個(gè)圓心在同一條中心線上，并與導(dǎo)軌平行，同時(shí)發(fā)射頭與接收頭的發(fā)射面與接收面應(yīng)與儀器座上的兩導(dǎo)軌相間的面積垂直。最后在元寶狀儀器座的平面部分的側(cè)面上部固定一條刻度尺，供測(cè)量發(fā)射面與接收面的距離時(shí)使用。
在超聲波發(fā)射頭與接收頭的柱體側(cè)面設(shè)有兩個(gè)導(dǎo)線入口孔，在入口孔上裝有橡膠塞，導(dǎo)線通過(guò)橡膠塞后與發(fā)射頭、接收頭相連接，橡膠塞必須塞緊入口孔。當(dāng)聲速測(cè)定儀浸入實(shí)驗(yàn)媒質(zhì)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，可防止實(shí)驗(yàn)媒質(zhì)滲入發(fā)射頭與接收頭內(nèi)，從而防止實(shí)驗(yàn)媒質(zhì)對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)的影響。
操作時(shí)，先將超聲波發(fā)射頭上的導(dǎo)線與一臺(tái)低頻信號(hào)發(fā)生器相連接，再將超聲波接收器頭上的導(dǎo)線與一臺(tái)示波器相連接。啟動(dòng)低頻信號(hào)發(fā)生器，其低頻信號(hào)發(fā)生器所發(fā)出的信號(hào)傳至超聲波發(fā)射頭后，從超聲波發(fā)射面上發(fā)出一種平面聲波。此平面聲波可被與發(fā)射頭相對(duì)的接收頭的接收面接收，并將所接收的聲壓轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸入示波器，即可從示波器上觀察到信號(hào)幅度發(fā)生周期性的大小變化的波形。
由于接收面在接收超聲波的同時(shí)會(huì)反射一部分超聲波，這樣被反射的超聲波與發(fā)射面不斷發(fā)出的超聲波在發(fā)射面與接收面之間的區(qū)域內(nèi)發(fā)生干涉而形成駐波。改變發(fā)射面與接收面之間的距離，在一系列特定的位置上，實(shí)驗(yàn)媒質(zhì)中會(huì)出現(xiàn)駐波共振現(xiàn)象，此時(shí)接收面上的聲壓達(dá)到極大值。兩個(gè)極大值之間的距離稱為半波長(zhǎng)。改變發(fā)射面與接收面之間的距離，可在示波器上觀察到信號(hào)幅度發(fā)生周期性的大小變化，即由一個(gè)極大變至極小，再至極大；而信號(hào)幅度每一次的周期性變化，就相當(dāng)于發(fā)射面與接收面之間的距離改變了半波長(zhǎng)。而發(fā)射面與接收面的距離可從刻度尺上測(cè)得。
從低頻信號(hào)發(fā)生器上可讀出超聲波的頻率。
最后根據(jù)所得的數(shù)據(jù)可求出聲速，全部實(shí)驗(yàn)結(jié)束。
采用聲速測(cè)定儀的結(jié)果是在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程中，不再有調(diào)節(jié)儀器的測(cè)試部件的平行和其它雜項(xiàng)工作。實(shí)驗(yàn)操作也十分方便，使教師容易講解，而學(xué)生也容易理解，使學(xué)生有更多的時(shí)間去掌握實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)的基本操作技能。這種聲速測(cè)定儀可放入液態(tài)的實(shí)驗(yàn)媒質(zhì)中測(cè)得正確的聲速，而不會(huì)發(fā)生漂浮和滲漏現(xiàn)象來(lái)影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的正確性。
下面將參照附圖對(duì)本實(shí)用新型所述的聲速測(cè)定儀作詳細(xì)的闡述。
附


圖1是聲速測(cè)定儀的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2是聲速測(cè)定儀的工作連接示意圖；附圖3是原有的聲速測(cè)定儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
參照附
圖1聲速測(cè)定儀是由金屬澆鑄而成的儀器座1，此儀器座1是兩端高起、中間平整的元寶狀體。元寶狀體的整體較重，可放在任何一種實(shí)驗(yàn)媒質(zhì)中不會(huì)漂浮，即使實(shí)驗(yàn)有一個(gè)穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，為取得良好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果提供了條件。在儀器座1的元寶狀體的兩端高起部分與中間平面的連接處設(shè)兩條導(dǎo)軌2，導(dǎo)軌2與水平線平行，在兩根導(dǎo)軌2上穿裝一個(gè)似梯形的滑塊4，即滑塊4的下底邊上開(kāi)出兩個(gè)與導(dǎo)軌2直徑相近的圓孔，可穿插在兩條導(dǎo)軌2上并可在導(dǎo)軌2上左右滑動(dòng)。再在滑塊4頂端裝上一個(gè)圓柱形的超聲波接收頭5，接收頭5的一端是超聲波接收面，另一端的圓心處裝有一根螺桿6，此螺桿6穿過(guò)元寶狀儀器座一端高起部分頂端處的螺管7后，再在螺桿6的頂端裝上一個(gè)手輪8。于是用手向左右搖動(dòng)手輪8，滑塊4可在導(dǎo)軌2上左右移動(dòng)。在元寶狀儀器座1的另一端高起部分的頂部固定一個(gè)圓柱形的超聲波發(fā)射頭3，此發(fā)射頭3與接收頭5的兩個(gè)圓心在同一條中心線上，此中心線與導(dǎo)軌2平行，同時(shí)發(fā)射頭3與接收頭5的發(fā)射面與接收面應(yīng)與儀器座1上的兩導(dǎo)軌2相間的面積垂直。最后在元寶狀儀器座1的平面部分的側(cè)面上部固定一條刻度尺9，供測(cè)量發(fā)射面與接收面的距離時(shí)使用。
在超聲波發(fā)射頭3與接收頭5的柱體側(cè)面設(shè)有兩個(gè)導(dǎo)線入口孔10，在入口孔10上裝有橡膠塞，導(dǎo)線通過(guò)橡膠塞后與發(fā)射頭3，接收頭5相連接，橡膠塞必須塞緊入口孔10。當(dāng)聲速測(cè)定儀浸入實(shí)驗(yàn)煤質(zhì)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，可防止實(shí)驗(yàn)媒質(zhì)滲入發(fā)射頭3與接收頭5內(nèi)，從而防止實(shí)驗(yàn)媒質(zhì)對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)的影響。
參照附圖2操作時(shí)，先將超聲波發(fā)射頭3上的導(dǎo)線與一臺(tái)低頻信號(hào)發(fā)生器12相連接，再將超聲波接收頭5上的導(dǎo)線與一臺(tái)示波器11相連接。啟動(dòng)低頻信號(hào)發(fā)生器12，其低頻信號(hào)發(fā)生器12所發(fā)出的信號(hào)傳至超聲波發(fā)射頭3后，從超聲波發(fā)射面上發(fā)出一種平面聲波。此平面聲波可被與發(fā)射頭3相對(duì)的接收頭5的接收面接收，并將所接收的聲壓轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸入示波器11，即可從示波器11上觀察到信號(hào)幅度發(fā)生周期性的大小變化的波形。
由于接收面在接收超聲波的同時(shí)會(huì)反射一部分超聲波，這樣被反射的超聲波與發(fā)射面不斷發(fā)出的超聲波在發(fā)射面與接收面之間的區(qū)域內(nèi)發(fā)生干涉而形成駐波。改變發(fā)射面與接收面之間的距離，在一系列特定的位置上，實(shí)驗(yàn)媒質(zhì)中會(huì)出現(xiàn)駐波共振現(xiàn)象，此時(shí)接收面上的聲壓達(dá)到極大值。兩個(gè)極大值之間的距離稱為半波長(zhǎng)。改變發(fā)射面與接收面之間的距離，可在示波器11上觀察到信號(hào)幅度發(fā)生周期性的大小變化，即由一個(gè)極大變至極小，再至極大，而信號(hào)幅度每一次的周期性變化，就相當(dāng)于發(fā)射面與接收面之間的距離改變了半波長(zhǎng)。而發(fā)射面與接收面的距離可從刻度尺9上測(cè)得。
從低頻信號(hào)發(fā)生器12上可讀出超聲波的頻率。
最后根據(jù)所得的數(shù)據(jù)可求出聲速，全部實(shí)驗(yàn)結(jié)束。
采用聲速測(cè)定儀的結(jié)果是在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程中，不再有調(diào)節(jié)儀器的測(cè)試部件的平行和其它雜項(xiàng)工作。實(shí)驗(yàn)操作也十分方便，使教師容易講解，而學(xué)生也容易理解，使學(xué)生有更多的時(shí)間去掌握實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)的基本操作技能。這種聲速測(cè)定儀可放入液態(tài)的實(shí)驗(yàn)媒質(zhì)中測(cè)得正確的聲速，而不會(huì)發(fā)生漂浮和滲漏現(xiàn)象來(lái)影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的正確性。
權(quán)利要求1．聲速測(cè)定儀是由超聲波發(fā)射頭，超聲波接收頭與儀器座構(gòu)成的，其特征在于聲波測(cè)定儀有一個(gè)金屬澆鑄而成的儀器座(1)，此儀器座(1)是兩端高起、中間平整的元寶狀體；元寶狀體的兩端高起部分與中間平面的連接處設(shè)兩條導(dǎo)軌(2)，導(dǎo)軌(2)與水平線平行，在兩根導(dǎo)軌(2)上穿裝一個(gè)似梯形的滑塊(4)，即滑塊(4)的下底邊上開(kāi)出兩個(gè)與導(dǎo)軌(2)直徑相近的圓孔?？纱┎逶趦蓷l導(dǎo)軌(2)上，使滑塊(4)可在導(dǎo)軌(2)上左右滑動(dòng)；再在滑塊(4)頂端裝上一個(gè)圓柱形的超聲波接收頭(5)，接收頭(5)的一端是超聲波接收面，另一端的圓心處裝有一根螺桿(6)，此螺桿(6)穿過(guò)元寶狀儀器座(1)一端高起部分頂端處的螺管(7)后，再在螺桿(6)的頂端裝上一個(gè)手輪(8)；在元寶狀儀器座(1)的另一端高起部分的頂部固定一個(gè)圓柱形的超聲波發(fā)射頭(3)，此發(fā)射頭(3)與接收頭(5)的兩個(gè)圓心在同一條中心線上，此中心線與導(dǎo)軌(2)平行，同時(shí)發(fā)射頭(3)與接收頭(5)的發(fā)射面與接收面應(yīng)與儀器座(1)上的兩導(dǎo)軌(2)相間的面積垂直；元寶狀儀器座(1)的平面部分的側(cè)面上部固定一條刻度尺(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲速測(cè)定儀，其特征在于在超聲波發(fā)射頭(3)與接收頭(5)的柱體側(cè)面各設(shè)有兩個(gè)導(dǎo)線入口孔(10)，在入口孔(10)上裝有橡膠塞，導(dǎo)線穿過(guò)橡膠塞后與發(fā)射頭(3)，接收頭(5)相連接，橡膠塞可塞緊入口孔(10)。
專利摘要聲速測(cè)定儀有一個(gè)金屬澆鑄而成的兩端高起、中間平整的元寶狀體儀器座,儀器座中間平面上設(shè)兩條導(dǎo)軌,兩條導(dǎo)軌上穿裝一個(gè)裝有超聲波接收頭的滑塊,接收頭的后端裝有螺桿,螺桿穿過(guò)儀器座一端的螺管后裝上手輪;儀器座的另一端固定一個(gè)超聲波發(fā)射頭,此發(fā)射頭與接收頭的兩個(gè)圓心在同一條中心線上,此中心線與導(dǎo)軌平行,同時(shí)發(fā)射頭與接收頭的發(fā)射面與接收面應(yīng)與儀器座上的兩條導(dǎo)軌相間的面積垂直,儀器座的側(cè)面上部固定一條刻度尺。超聲波發(fā)射頭與接收頭的導(dǎo)線入口孔可用橡膠塞塞緊,則聲速測(cè)定儀可浸入液態(tài)實(shí)驗(yàn)媒質(zhì)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
文檔編號(hào)G09B23/00GK2415351SQ0021964
公開(kāi)日2001年1月17日 申請(qǐng)日期2000年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月14日
發(fā)明者王秉坤, 李冠成, 李新華, 李明, 王恒明 申請(qǐng)人:王秉坤, 李冠成, 李新華, 李明, 王恒明