智能声速测量仪的制作方法
【专利摘要】一种智能声速测量仪，包括机体、电源接口、声波接收器、声波发生器、电机驱动器、电源转换器、电机、联轴器、导轨滑块、滚珠丝杆、电源总开关、示波器、面板、示波器开关、信号发生器开关、频率调节旋钮、测试启动开关、信号发生器，机体一侧设有电源接口，电机固定于联轴器上，并与滚珠丝杆的导轨滑块相连接，在导轨滑块上靠近电机一端设有声波发生器，滚珠丝杆与机体固定连接，与声波发生器另一端设有与其相对应的声波接收器，声波接收器固定于机体及滚珠丝杆上，机体下方设有电源转换器及电源驱动器，在机体上设有屏幕，屏幕上设有电源总开关、示波器、面板、示波器开关、信号发生器开关、频率调节旋钮、测试启动开关、信号发生器。
【专利说明】智能声速测量仪
【技术领域】
[0001]本发明涉及物理实验作品与电子信息【技术领域】，尤其涉及电子信息【技术领域】。
【背景技术】
[0002]声速是描述声波在媒介中传播特性的物理量。声速测定技术已得到广泛地应用，比如:空气密度和温湿度的测量、大气污染度、声波定位、材料的杨氏模量等。声波的传播需要媒质，声波在媒质中的传播速度与该媒质的特性及状态等因素有关。因此，通过对声速的测定，还可以了解被测媒质的特性及状态变化，可见，声速测定在实际生产和生活上具有一定的实用意义。声速测量实验也是大学物理实验教学的重要组成部分，是大学物理实验中一个综合性较强的内容，它不仅可使学生综合应用示波器，信号发生器等电子仪器的能力得到训练，还可以加强学生对振动与波的概念的认识和理解。
[0003]声速的测量方法很多，有共振干涉法、相位比较法、时差法及共鸣管驻波法等。共振干涉法是常用的实验方法，其实验原理比较抽象，实验现象不能充分展示实验原理，教师难以讲授清楚，学生也难以真正理解实验原理，更难以掌握实验方法以及实验现象的分析。本装置通过共振干涉法测声速时，对现有的实验仪器进行改进，使得声速测量仪器小型化、智能化，很大程度上提高了实验的精度，减少实验过程中手动测量产生的误差，应用现代化的全智能的实验装置 留给学生更多的时间去思考实验原理及其过程。
[0004]现有声速测量仪的声波发生器固定在游标卡尺的一端，声波接收器通过滑块固定在游标卡尺上，完全需要手工进行控制，不能准确的找到波形最大值，实验误差很大。此外实验所需的示波器，信号发生器也需要也需要单独额外提供，实验步骤操作复杂。
[0005]声速的测量用的方法是力学机械的方法进行的，其实验仪器体积大，操作麻烦；声速测量用超声测量仪在国内高校较为流行，设计的自动驻波试验仪(申请号:201010291379.8)，它没有将信号发生器，示波器集成在装置中。实验时手动调节，没有自动控制，更没有单片机的智能控制，实验方式单一。所以一个实验项目的实验仪器的先进，更有利培养学生的创新能力。
【发明内容】
[0006]发明目的:我们开发的智能型声速测量仪能减少测量误差，提高实验数据的精确
性，还可以提高教学效率估计成本低廉，可以节约大量实验经费，并产生较大的实验教学效益。
[0007]技术方案:一种智能声速测量仪，包括机体、电源接口、声波接收器、声波发生器、电机驱动器、电源转换器、电机、联轴器、导轨滑块、滚珠丝杆、电源总开关、示波器、面板、示波器开关、信号发生器开关、频率调节旋钮、测试启动开关、信号发生器。机体一侧设有电源接口，电机固定于联轴器上，并与滚珠丝杆的导轨滑块相连接，在导轨滑块上靠近电机一端设有声波发生器，滚珠丝杆与机体固定连接，与声波发生器另一端设有与其相对应的声波接收器，声波接收器固定于机体及滚珠丝杆上，机体下方设有电源转换器及电机驱动器，电源接口通过导线与电源转换器相连接，通过电源转化器把交流电压转换成电机的正常工作电压，再将电源转换器接到电机驱动器上。在机体上设有屏幕，屏幕上设有电源总开关、然后再将电源总开关、示波器开关、信号发生器开关、也接到电源转换器上，示波器、信号发生器固定在面板上、测试过程中按频率调节旋钮、就可以方便进行测试。
[0008]部件改进的有益效果:
[0009]1、电机的改进使得声速测量仪实现用自动的机器控制代替人为的手工控制。
[0010]2、示波器的加入比起之前的声速测量仪更加方便，快捷，可以在装置本身看到采集到的波形。
[0011]3、机体的改进使得本装置更加的美观，使用更加简单。
[0012]4、导轨滑块可以使声波发生器能在滚珠丝杠上固定，来回走动。
[0013]5、信号发生器可以随时随刻提供装置所需的工作信号。
[0014]有益效果:
[0015]1、对现有声速测量仪的改进，比之前的声速测量仪更为精巧，更方便进行试验。
[0016]2、采用全智能的控制技术，代替了人为的手工操作，更为准确，试验更加快捷。
[0017]3、通过我们改进的实验装置，很大程度上提高了实验的精度，减少实验过程中手动测量产生的误差，应用现代化的全智能的实验装置留给学生更多的时间去思考实验原理及其过程。根据实验教学的需要，我们对现有的空气中声速测量装置进行了改进，使现有装置既能测量空气中的声速，减少了重复购置仪器的投资，获得了较好的实验效果。
[0018]4、该仪器结构简单，成本低廉，原理易懂，操作简便，填补了这方面的空白。
[0019]5、该仪器综合了声学、电学和机械动力学知识，是一个典型的设计性实验仪器，具有一定的创新意义，对培养学生的创造能力也是有很大的帮助。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为智能声速测量仪工作原理图
[0021]图2为智能声速测量仪侧面图
[0022]图3为智能声速测量仪俯视图
[0023]1-机体2 -电源接口 3 —声波接收器4 一声波发生器5 —电机驱动器6 —电源转换器7 —电机8 一联轴器9 一导轨滑块10 —滚珠丝杆11 一电源总开关12 —不波器13 —面板14 一不波器开关15 —信号发生器开关16 —频率调节旋钮17 —测试启动开关18 —信号发生器.【具体实施方式】
[0024]在使用智能声速测量仪时，首先应该将上电打开开关11 一电源总开关，然后再分别打开15 —信号发生器开关，14 一示波器开关，观察信号发生器，示波器是否能正常工作，之前一切正常就可以打开17 —测试启动开关，该仪器开始正常工作，然后可以从示波器上很方便的观察波形。图1、图2、图3所示。
[0025]1-机体为我们整个装置的基本框架，外接交流电源通过2 —电源接口引入整个装置，通过11 一电源总开关控制整个装置的工作，5 -电机驱动器的工作电压为24V因此我们要通过6 —电源转换器将220V的交流电压转变为电机驱动的正常工作电压。18 —信号发生器为装置提供正弦波信号，15—信号发生器开关可以控制信号发生器的工作，于是将信号发生器的信号提供给4 一声波发生器，通过3 —声波接收器接受到的信号交给单片机进行处理，于此同时将7 -电机固定在8 一联轴器上，电机转动带动10 —滚珠丝杆上的9 一导轨滑块的走动，同时带动了固定在导轨滑块上的声波接收器走动，将接受到的信号交给单片机进行处理就能控制电机很快找到波峰的位置，声波接收器上的信号也可以接到12 -示波器上，就能方便观察出接收到的信号波形，示波器通过14 一示波器开关控制。
[0026]首先将电机通过齿轮耦合方式，将步进电机和陶瓷片装在装置中，再将接收端陶瓷片发出的信号引出经过单片机处理，让单片机找到最大值，进而控制步进电机的前进与后退，步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量。首先共振之后的声音的波形转化为数字量，存储在单片机的内存中，每找出一个波峰后就控制步进电机前进一步，这样循环一定次数以后，就把内存当中对应的每个最大值和相应的位置找出来，最后把所有的最大值之间相差的距离给找出来，这段距离就是半个波长的长度，然后用逐差法算出平均长度再乘上声波源的频率就可以很方便地计算出声速。
[0027]本装置的实验测量范围:游标卡尺精读为0.02_，应用本方法测量的实验精读为b = (S*A) /360，S:为螺距的周长，A:为步进电机的步进角，b:为实验精读。本装直中S =
0.2mm，A= 1.8，所以精读可以达到0.01mm，此数据精度远远大于用手工操作带来误差。
【权利要求】
1.一种智能声速测量仪，其特征在于，包括机体(I)、电源接口(2)、声波接收器(3)、声波发生器(4)、电机驱动器(5)、电源转换器(6)、电机(7)、联轴器(8)、导轨滑块(9)、滚珠丝杆(10)、电源总开关(11)、示波器(12)、面板(13)、示波器开关(14)、信号发生器开关(15)、频率调节旋钮(16)、测试启动开关(17)、信号发生器(18)，机体(I) 一侧设有电源接口(2)，电机(7)固定于联轴器(8)上，并与滚珠丝杆(10)的导轨滑块(9)相连接，在导轨滑块(9)上靠近电机(7) —端设有声波发生器(4)，滚珠丝杆(10)与机体⑴固定连接，与声波发生器(4)另一端设有与其相对应的声波接收器(3)，声波接收器(3)固定于机体(I)及滚珠丝杆(10)上，机体⑴下方设有电源转换器(6)及电机驱动器(5)，电源接口(2)通过导线与电源转换器(6)相连接，通过电源转换(6)器把交流电压转换成电机的正常工作电压，再将电源转换器(6)接到电机驱动器(5)上。在机体(I)上设有屏幕，屏幕上设有电源总开关(11)、然后再将电源总开关(11)、示波器开关(14)、信号发生器开关(18)、也接到电源转换器(6)上，示波器(12)、信号发生器(18)固定在面板(13)上、示波器开关(14)、信号发生器开关(15)、测试过程中按频率调节旋钮(16)、测试启动开关(17)、信号发生器(18)，就可以方便进行。
【文档编号】G09B23/14GK104006874SQ201410199655
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月12日 优先权日:2014年5月12日
【发明者】李永涛, 张绪德, 王秦君, 胡正飞, 窦军, 陈伟 申请人:南京邮电大学