专利名称：一种演示压电效应的复合式多功能仪器的制作方法
技术领域：
一种演示压电效应的复合式多功能仪器技术领域[0001]本实用新型涉及一种演示压电效应的复合式多功能仪器。
背景技术：
[0002]原有压电效应演示仪器演示效果不够形象，所演示的功能更是单一，且难以再开发，这就需要一种新型的技术改善这些不足，以适应实际教学的需要。实用新型内容[0003]本实用新型目的是为了解决现有压电效应演示仪效果不够形象、演示功能单一、难以再开发的问题，提供了一种演示压电效应的复合式多功能仪器。[0004]本实用新型所述一种演示压电效应的复合式多功能仪器，它的台体为带有一个斜面的梯形台结构，所述斜面所在侧壁为该台体的前面板，该台体分为左侧实验台和右侧实验台，所述左侧实验台包括I号音频发生器、I号压电陶瓷片、2号压电陶瓷片、可移动式加热装置、两个柱体、两个底座、轨道、中空支架、2号音频发生器、频率计、I号数码管显示器、2号数码管显示器、3号数码管显示器和示波器；[0005]I号音频发生器和第一个底座均固定在左侧实验台的台面上，并且I号音频发生器位于第一个底座的左侧，I号压电陶瓷片固定在第一个柱体的顶端，该第一个柱体的底部固定在第一个底座上，I号数码管显示器和示波器均固定在左侧实验台的斜面上；[0006]2号音频发生器、中空支架和第二个底座均固定在右侧实验台的台面上，并且2号音频发生器位于第二个底座的左侧、第二个底座位于中空支架的左侧，2号压电陶瓷片固定在第二个柱体的顶端，该第二个柱体的底部固定在第二个底座上，中空支架上固定有轨道，可移动式加热装置固定在滑块上，所述滑块位于轨道上，2号音频发生器、2号数码管显示器、3号数码管显示器和频率计均固定在右侧实验台的斜面上；[0007]所述I号音频发生器和2号音频发生器所在的平面相互平行，I号压电陶瓷片和2号压电陶瓷片的高度相同，I号音频发生器、I号压电陶瓷片、2号音频发生器、2号压电陶瓷片和可移动式加热装置的中心线位于同一条直线上，并且该直线垂直于I号音频发生器所在的平面；所述可移动式加热装置能够沿该直线做一维往复移动；所述可移动式加热装置用于给2号压电陶瓷片加热；[0008]它还包括信号采集电路、A/D转换器、信号处理电路和温度传感探头，I号压电陶瓷片和2号压电陶瓷片的电压 信号输出端分别连接信号采集电路的两个电压信号输入端，温度传感探头采集可移动式加热装置的温度，并将采集的温度输入到信号采集电路的温度信号输入端，信号采集电路的模拟信号输出端连接在A/D转换器的模拟信号输入端上，A/D转换器的数字信号输出端连接在信号处理电路的数字信号输入端上，信号处理电路的三个显示信号输出端分别与I号数码管显示器、2号数码管显示器和3号数码管显示器的显示信号输入端相连接，信号处理电路的第一数据信号输出端连接在示波器的数据信号输入端上，信号处理电路的频率信号输出端连接在频率计的数据信号输入端上，信号处理电路的两个音频信号输出端分别与I号音频发生器和2号音频发生器的控制信号输入端相连接，信号处理电路21的控制信号输出端连接信号采集电路19的控制信号输入端。[0009]本实用新型主要用于演示压电效应、逆压电效应以及压电材料超过居里温度Tc压电性能消失的现象，通过此仪器可以观察到压电效应演示中的电压随着压力变化，在逆压电效应中可以发现振动频率随着电压变化等。[0010]本实用新型的优点:[0011]1、仪器的结构简单，性能稳定，各部分便于拆卸组装，并且配备不同型号的压电陶瓷片以供实验之需。[0012]2、不仅能够演示基本的压电以及逆压电效应，更能演示压电材料在超过居里温度Tc压电性能消失的压电现象，而且还可以再开发设计，添加其他相关的模块以便不同教学之需。[0013]3、复合式多功能压电演示仪器自带电源处理模块，无需额外的装置进行电压变换。
[0014]图1是本实用新型所述一种演示压电效应的复合式多功能仪器的俯视图；[0015]图2是图1的A向视图；[0016]图3是图1的的B向视图；[0017]图4是本实用新型所述一种演示压电效应的复合式多功能仪器的电路原理框图；[0018]图5是所述信号采集电路部分的电路原理框图。
具体实施方式
[0019]具体实施方式
一:下面结合图1、图2和图4说明本实施方式，本实施方式所述一种演示压电效应的复合式多功能仪器，它的台体为带有一个斜面的梯形台结构，所述斜面所在侧壁为该台体的前面板，该台体分 为左侧实验台和右侧实验台，所述左侧实验台包括I号音频发生器1、1号压电陶瓷片2、2号压电陶瓷片3、可移动式加热装置4、两个柱体5、两个底座6、轨道7、中空支架8、2号音频发生器9、频率计10、1号数码管显示器11、2号数码管显示器12、3号数码管显示器13和示波器18;[0020]I号音频发生器I和第一个底座6均固定在左侧实验台的台面上，并且I号音频发生器I位于第一个底座6的左侧，I号压电陶瓷片2固定在第一个柱体5的顶端，该第一个柱体5的底部固定在第一个底座6上，I号数码管显示器11和示波器18均固定在左侧实验台的斜面上；[0021]2号音频发生器9、中空支架8和第二个底座6均固定在右侧实验台的台面上，并且2号音频发生器9位于第二个底座6的左侧、第二个底座6位于中空支架8的左侧,2号压电陶瓷片3固定在第二个柱体5的顶端，该第二个柱体5的底部固定在第二个底座6上，中空支架8上固定有轨道7，可移动式加热装置4固定在滑块上，所述滑块位于轨道7上，2号音频发生器9、2号数码管显示器12、3号数码管显示器13和频率计10均固定在右侧实验台的斜面上；[0022]所述I号音频发生器I和2号音频发生器9所在的平面相互平行，I号压电陶瓷片2和2号压电陶瓷片3的高度相同，I号音频发生器1、1号压电陶瓷片2、2号音频发生器9、2号压电陶瓷片3和可移动式加热装置4的中心线位于同一条直线上，并且该直线垂直于I号音频发生器I所在的平面；所述可移动式加热装置4能够沿该直线做一维往复移动；所述可移动式加热装置4用于给2号压电陶瓷片3加热；[0023]它还包括信号采集电路19、A/D转换器20、信号处理电路21和温度传感探头22，I号压电陶瓷片2和2号压电陶瓷片3的电压信号输出端分别连接信号采集电路19的两个电压信号输入端，温度传感探头22采集可移动式加热装置4的温度，并将采集的温度输入到信号采集电路19的温度信号输入端，信号采集电路19的模拟信号输出端连接在A/D转换器20的模拟信号输入端上，A/D转换器20的数字信号输出端连接在信号处理电路21的数字信号输入端上，信号处理电路21的三个显示信号输出端分别与I号数码管显示器11、2号数码管显示器12和3号数码管显示器13的显示信号输入端相连接，信号处理电路21的第一数据信号输出端连接在示波器18的数据信号输入端上，信号处理电路21的频率信号输出端连接在频率计10的数据信号输入端上，信号处理电路21的两个音频信号输出端分别与I号音频发生器I和2号音频发生器9的控制信号输入端相连接，信号处理电路21的控制信号输出端连接信号采集电路19的控制信号输入端。[0024]具体实施方式
二:下面结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，它还包括左侧实验台开关14、右侧实验台开关15、插头16和总开关17，与总开关17串联在演示压电效应的复合式多功能仪器的供电回路中，用于控制演示压电效应的复合式多功能仪器的供电电源的通或断；[0025]左侧实验台开关14固定在左侧实验台的前面板上，所述左侧实验台开关14串联在左侧实验台的供电回路中，用于控制左侧实验台的通电和断电；[0026]右侧实验台开关15固定在右侧实验台的前面板上，所述右侧实验台开关15串联在右侧实验台的供电回路中，用于控制右侧实验台的通电和断电，[0027]插头16和总开关17固定在台体左侧的侧壁上。[0028]具体实施方式
三:下面结合图1和图4说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，它还包括 电源模块23，所述I号音频发生器I和2号音频发生器9与仪器内部的电源模块23相连接，I号音频发生器I和2号音频发生器9在接通电源后发射声音信号。[0029]本实施方式中，I号压电陶瓷片2将I号音频发生器I发出的声音信号转换为机械振动，2号压电陶瓷片3将2号音频发生器9发出的声音信号转换为机械振动。[0030]具体实施方式
四:下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述可移动式加热装置4由两个可移动容器构成，两个可移动容器合并后形成中心带有通孔的圆盘，所述通孔的内径与第一个柱体5的外径相同。[0031]在实际应用中，演示之前，将可移动式加热装置4通过滑轨7移动至第一个柱体5的位置，然后将可移动式加热装置4的两个可移动容器合并形成中心带有通孔的圆盘、使得第一个柱体5位于所述通孔内，然后在该中心带有通孔的圆盘内加入水，通过对可移动式加热装置4进行加热实现对2号压电陶瓷片3的加热，进而实现演示压电材料超过居里温度Tc压电性能消失的现象。[0032]具体实施方式
五:下面结合图4说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述信号处理电路21采用单片机实现。[0033]具体实施方式
六:下面结合图5说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述信号采集电路19包括3选I开关26、高阻抗输入放大电路24和低通滤波电路25,1号压电陶瓷片2的电压信号输出端和2号压电陶瓷片3的电压信号输出端分别连接3选I开关26的两个电压信号输入端，温度传感探头22的温度信号输出端连接3选I开关26的温度信号输入端,3选I开关26的信号输出端连接高阻抗输入放大电路24的信号输入端，高阻抗输入放大电路24的放大信号输出端连接低通滤波电路25信号输入端，低通滤波电路25的滤波信号输出端为信号采集电路19的模拟信号输出端。[0034]本实施方式中，所述信号采集电路19具有采集信号、放大和滤波的功能，电路具有静电屏蔽、信号闻保真、损耗小等功能。[0035]本实用新型所述的一种演示压电效应的复合式多功能仪器，与民用220V交流电由导线连接，通过调节滑动变阻器，将电压调至0-36V。[0036]本实用新型的工作过程为:在进行所有实验操作前首先进行安全检查，接着将仪器插头16接到交流电源220V，打开仪器总开关17，此时，实验台的左右两个区域以及实验显示区均处于待机状态。[0037]1、压电效应演示:打开左侧实验台开关14，然后可以听到I号音频发生器I发出的声音，此时观测I号数码管显示器11的示数，以及示波器18的波形变化，如果观测到电压示数以及波形变化，则可以证明声音信号让I号压电陶瓷片2产生机械振动，进而输出电f目号；最后，关闭左侧实验台开关14。[0038]2、逆压电效应演示:打开右侧实验台开关15，然后可以观测听到微弱的振动声音，接下来观测3号数码管显示器13的示数，该示数为加在2号压电陶瓷片3两端的电压，并观测频率计的示数变化做记录，此频率即为2号压电陶瓷片3振动的频率。则这种现象说明，在2号压电陶瓷片3加上电压时，2号压电陶瓷片3发生机械振动，且频率可测；最后，关闭右侧实验台开关15。[0039]3、在方式2的基础之上，将可移动式加热装置4，在轨道7上向左运动到2号压电陶瓷片3处停下，接着紧扣住2号压电陶瓷片3，对其进行加热，可以发现3号数码管显示器13以及频率计10的示数随着2号数码管显示器12显示加热温度变化而变化，直到温度达到一定值，3号数 码管显示器13以及频率计10示数突然消失，此刻温度即为居里温度T c，材料压电性能消失；稍等片刻后，撤去可移动式加热装置4，当温度快要降到室温时，会发现3号数码管显示器13以及频率计10的示数将重新出现，则此时又重新获得压电性能；最后，关闭右侧实验台开关15。[0040]在演示完实验后，将各种用具归位，关闭总开关17，拔掉插头16。[0041]本实用新型所述的一种演示压电效应的复合式多功能仪器克服了现有技术的不足，提供一种具有成型工艺简单，性价比高，演示效果形象、演示功能齐全且具有再开发等优点的复合式多功能压电效应演示仪器。在保证压电效应演示仪原有功能的基础上，具有现有压电效应演示仪所不具有的超过居里温度Tc压电性能消失的压电现象以及精确的显示模块。本实用新型所述的一种演示压电效应的复合式多功能仪器能够满足尤其是在涉及本科、研究生相关专业，比如材料科学与工程、材料学、材料物理、传感器等相关压电效应演示的教学需要。
权利要求1.一种演示压电效应的复合式多功能仪器，其特征在于，它的台体为带有一个斜面的梯形台结构，所述斜面所在侧壁为该台体的前面板，该台体分为左侧实验台和右侧实验台，所述左侧实验台包括I号音频发生器(I)、1号压电陶瓷片(2)、2号压电陶瓷片(3)、可移动式加热装置(4)、两个柱体(5)、两个底座￠)、轨道(7)、中空支架(8)、2号音频发生器(9)、频率计(10)、1号数码管显示器(11)、2号数码管显示器(12)、3号数码管显示器(13)和示波器(18); I号音频发生器(I)和第一个底座(6)均固定在左侧实验台的台面上，并且I号音频发生器(I)位于第一个底座(6)的左侧，1号压电陶瓷片(2)固定在第一个柱体(5)的顶端，该第一个柱体(5)的底部固定在第一个底座(6)上，I号数码管显示器(11)和示波器(18)均固定在左侧实验台的斜面上； 2号音频发生器(9)、中空支架(8)和第二个底座(6)均固定在右侧实验台的台面上，并且2号音频发生器(9)位于第二个底座(6)的左侧、第二个底座(6)位于中空支架(8)的左侧，2号压电陶瓷片(3)固定在第二个柱体(5)的顶端，该第二个柱体(5)的底部固定在第二个底座(6)上，中空支架(8)上固定有轨道(7)，可移动式加热装置(4)固定在滑块上，所述滑块位于轨道(7)上，2号音频发生器(9)、2号数码管显示器(12)、3号数码管显示器(13)和频率计(10)均固定在右侧实验台的斜面上； 所述I号音频发生器(I)和2号音频发生器(9)所在的平面相互平行，I号压电陶瓷片(2)和2号压电陶瓷片(3)的高度相同，I号音频发生器(I)、1号压电陶瓷片(2)、2号音频发生器(9)、2号压电陶瓷片(3)和可移动式加热装置(4)的中心线位于同一条直线上，并且该直线垂直于I号音频发生器(I)所在的平面；所述可移动式加热装置(4)能够沿该直线做一维往复移动；所述可移动式加热装置(4)用于给2号压电陶瓷片(3)加热； 它还包括信号采集电路(19)、A/D转换器(20)、信号处理电路(21)和温度传感探头(22)，I号 压电陶瓷片(2)和2号压电陶瓷片(3)的电压信号输出端分别连接信号采集电路(19)的两个电压信号输入端，温度传感探头(22)采集可移动式加热装置(4)的温度，并将采集的温度输入到信号采集电路(19)的温度信号输入端，信号采集电路(19)的模拟信号输出端连接在A/D转换器(20)的模拟信号输入端上，A/D转换器(20)的数字信号输出端连接在信号处理电路(21)的数字信号输入端上，信号处理电路(21)的三个显示信号输出端分别与I号数码管显示器(11)、2号数码管显示器(12)和3号数码管显示器(13)的显示信号输入端相连接，信号处理电路(21)的第一数据信号输出端连接在示波器(I 8)的数据信号输入端上，信号处理电路(21)的频率信号输出端连接在频率计(10)的数据信号输入端上，信号处理电路(21)的两个音频信号输出端分别与I号音频发生器(I)和2号音频发生器(9)的控制信号输入端相连接，信号处理电路(21)的控制信号输出端连接信号采集电路(19)的控制信号输入端。
2.根据权利要求1所述一种演示压电效应的复合式多功能仪器，其特征在于，它还包括左侧实验台开关(14)、右侧实验台开关(15)、插头(16)和总开关(17)，与总开关(17)串联在演示压电效应的复合式多功能仪器的供电回路中，用于控制演示压电效应的复合式多功能仪器的供电电源的通或断； 左侧实验台开关(14)固定在左侧实验台的前面板上，所述左侧实验台开关(14)串联在左侧实验台的供电回路中，用于控制左侧实验台的通电和断电；右侧实验台开关(15)固定在右侧实验台的前面板上，所述右侧实验台开关(15)串联在右侧实验台的供电回路中，用于控制右侧实验台的通电和断电， 插头(I 6)和总开关(I 7)固定在台体左侧的侧壁上。
3.根据权利要求1所述一种演示压电效应的复合式多功能仪器，其特征在于，它还包括电源模块(23)，所述I号音频发生器(I)和2号音频发生器(9)与仪器内部的电源模块(23)相连接，I号音频发生器(I)和2号音频发生器(9)在接通电源后发射声音信号。
4.根据权利要求1所述一种演示压电效应的复合式多功能仪器，其特征在于，所述可移动式加热装置(4)由两个可移动容器构成，两个可移动容器合并后形成中心带有通孔的圆盘，所述通孔的内径与第一个柱体(5)的外径相同。
5.根据权利要求1所述一种演示压电效应的复合式多功能仪器，其特征在于，所述信号处理电路(21)采用单片机实现。
6.根据权利要求1所述一种演示压电效应的复合式多功能仪器，其特征在于，所述信号采集电路(19)包括3选I开关(26)、高阻抗输入放大电路(24)和低通滤波电路(25)，I号压电陶瓷片(2)的电压信号输出端和2号压电陶瓷片(3)的电压信号输出端分别连接3选I开关(26)的两个电压信号输入端，温度传感探头(22)的温度信号输出端连接3选I开关(26)的温度信号输入端，3选I开关(26)的信号输出端连接高阻抗输入放大电路(24)的信号输入端，高 阻抗输入放大电路(24)的放大信号输出端连接低通滤波电路(25)信号输入端，低通滤波电路(25)的滤波信号输出端为信号采集电路(19)的模拟信号输出端。
专利摘要一种演示压电效应的复合式多功能仪器，涉及一种演示压电效应的复合式多功能仪器，本实用新型为解决现有压电效应演示仪效果不够形象、演示功能单一、难以再开发的问题。本实用新型的台体为带有一个斜面的梯形台结构，所述斜面所在侧壁为该台体的前面板，该台体分为左侧实验台和右侧实验台，所述左侧实验台包括1号音频发生器、1号压电陶瓷片、2号压电陶瓷片、可移动式加热装置、两个柱体、两个底座、轨道、中空支架、2号音频发生器、频率计、1号数码管显示器、2号数码管显示器、3号数码管显示器和示波器。用于演示压电效应、逆压电效应以及压电材料超过居里温度Tc压电性能消失的现象，主要用于教学演示。
文档编号G09B23/18GK203118316SQ20132016572
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月3日 优先权日2013年4月3日
发明者迟庆国, 杨奉佑, 李升 , 刘宾, 张昌海, 王鑫鑫, 马涛 申请人:哈尔滨理工大学