专利名称：液体声光效应实验仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种实验仪器，更准确地说本发明涉及一种声光效应实验仪器。属于声光效应仪器技术领域。
背景技术：
本领域目前有一种超声光栅声速仪，WSG-I型。该仪器通过在光路中放置一产生声波振动的媒介实现对透过光的调制，而且调制效果可以与声信号存在可计算的联络，让学生了解如何对光信号进行调制，以及实现这一过程的手段，同时也为测量液体(非电解质溶液)中的声速提供另一种思路和方法。该仪器由超声信号源、超声池、高频信号连接线、测微目镜组成，并配置了具有11MHz左右共振频率的锆钛酸铅陶瓷片。该仪器的效果是实测数据及计算结果同标准值相比，误差较小。从中可以看出，不同液体中的声速有很大的差别。在不同的温度下所测量的实验数据都会有微小的变化，在一般情况下，液体的声速的温度系数大多是负的，且近线性变化，即随着温度的升高，液体中的声速会下降。但该仪器存在的问题和不足之处(1)实验中需要用到特制的高频信号发生器与分光计，仪器总体成本较高；(2)该仪器不宜长时间工作。频率计若长时间处于工作状态，会对其性能有一定影响，尤其在12MHz以上的高频条件下不宜长时间使用，否则很可能会使振荡电路过热而损坏。(3)分光计操作较为复杂；(4)需要暗室环境。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种操作简单、成本低廉、实验数据准确的液体声光效应实验仪。
本发明是采取以下的技术方案来实现的液体声光效应实验仪，包括半导体激光器、信号发生器(LM1602)、长方体玻璃容器、超声换能器、光具导轨、光屏和光具座底座组成；其特征在于其中所述的半导体激光器安装在光具座底座上，信号发生器与超声换能器相连接，超声换能器以玻璃容器为载体安装在升降台上；光具座底座和升降台均安装在光具导轨上；光屏置于光具导轨上另一端。
前述的液体声光效应实验仪，其特征在于其中所述的长方体玻璃容器中装有约三分之二的液体，超声换能器上的超声头表面浸入液体中，并且超声头表面与玻璃容器底部平行。
本发明中长方体玻璃容器中装有约三分之二的液体，超声头表面浸入液体中，并且超声头表面与玻璃容器底部平行，激光出来后正好从超声头正下方的液体中通过，然后调节信号发生器的频率、振幅、输出功率便可使白屏上出现清晰的干涉条纹。
如图(2)所示是本发明的光路图，S1是扩束镜焦点到玻璃容器的距离，S2是玻璃容器到白屏的距离，S1、S2的数值可以直接通过光具座上的标尺读出。然后用直尺测量出衍射条纹的宽度d，并且数出衍射条纹的条数N，记下此时信号发生器上频率的读数f。
在这里，我们取几何近似，可得如下公式α=dN+1---(6)]]>λ=2αS1S1+S2---(7)]]>c＝λ·f(8)即可计算出液体中的声速。
本发明为测量液体中声速的一种新思路，即用光学法来测量液体中的声速。根据超声波在液体中传播时能形成超声光栅这一原理，使激光光束射出后通过由液体形成的超声光栅，在白屏上形成清晰的衍射条纹。理论导出光路参数、衍射条纹与超声信号之间的计算关系，从而可以测得声波在各种液体中传播的速度。通过大量实验数据与标准值的比较，发现用这种方法测得的液体中的声速还是比较精确的。进而为大学物理综合性实验的开发提供了较好的素材。
与现有技术相比，本发明具有以下优点a.实验中不需使用到分光计，不但操作简单，而且成本低廉。
b.实验仪器可长时间使用，不会出现损坏仪器的情况。
c.实验中只需要使用一般的信号发生器，再一次降低了实验仪器的成本。
d.操作简单，计算方便，并且实测数据及计算结果同标准值相比，误差较小。
e.实验不需要在暗室环境下进行。
图1是本发明装置的结构示意图；
图2是本发明的光路图。
具体实施方式
如图1-2所示的是本发明液体声光效应实验仪，其中半导体激光器(1)、光具座底座(2)、光具导轨(3)、升降台(4)、玻璃容器(5)、超声换能器(6)和光屏(7)；半导体激光器安装在光具座底座上，信号发生器与超声换能器相连接，超声换能器以玻璃容器为载体安装在升降台上；光具座底座和升降台均安装在光具导轨上；光屏置于光具导轨上另一端。长方体玻璃容器中装有约三分之二的液体，超声换能器上的超声头表面浸入液体中，并且超声头表面与玻璃容器底部平行，激光出来后正好从超声头正下方的液体中通过，然后调节信号发生器的频率、振幅、输出功率便可使白屏上出现清晰的干涉条纹。
S1是扩束镜焦点到玻璃容器的距离，S2是玻璃容器到白屏的距离，S1、S2的数值可以直接通过光具座上的标尺读出。然后用直尺测量出衍射条纹的宽度d，并且数出衍射条纹的条数N，记下此时信号发生器上频率的读数f。
在这里，我们取几何近似，可得如下公式α=dN+1---(6)]]>λ=2αS1S1+S2---(7)]]>c＝λ·f(8)即可计算出液体中的声速。
根据以上原理和方法，通过实验，测得了一组不同温度下，不同液体中的声速，实验数据如下
表格1液体水 温度25.8℃
表格2液体酒精(99.7％浓度) 温度25.5℃
表格3液体洗洁精 温度25.8℃
上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
权利要求1.液体声光效应实验仪，包括半导体激光器、信号发生器、玻璃容器、超声换能器、光具导轨、光屏和光具座底座组成；其特征在于其中所述的半导体激光器安装在光具座底座上，超声换能器以玻璃容器为载体安装在升降台上；光具座底座和升降台均安装在光具导轨上；光屏置于光具导轨上另一端。
2.根据权利要求1所述的液体声光效应实验仪，其特征在于其中所述的长方体玻璃容器中装有约三分之二的液体，超声换能器上的超声头表面浸入液体中，并且超声头表面与玻璃容器底部平行。
专利摘要本实用新型涉及一种声光效应实验仪器。属于声光效应仪器技术领域。包括半导体激光器、信号发生器、玻璃容器、超声换能器、光具导轨、光屏和光具座底座组成；所述的半导体激光器安装在光具座底座上，超声换能器以玻璃容器为载体安装在升降台上；光具座底座和升降台均安装在光具导轨上；光屏置于光具导轨上另一端。本实用新型为测量液体中声速的一种新思路，即用光学法来测量液体中的声速。根据超声波在液体中传播时能形成超声光栅这一原理，使激光光束射出后通过由液体形成的超声光栅，在白屏上形成清晰的衍射条纹。
文档编号G09B23/06GK2896403SQ20062007224
公开日2007年5月2日 申请日期2006年4月17日 优先权日2006年4月17日
发明者徐飞, 郭胜利, 陈玉林, 余晓栋, 蔡忠兴, 陆银川 申请人:南京信息工程大学