超声多普勒效应测速实验装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种超声多普勒效应测速实验装置，以解决现有超声多普勒效应测速仪存在的无法避免小车与导轨间存在摩擦力的问题。它包括气垫导轨、数字毫秒计、发射换能器、接收换能器、信号源、模拟信号放大器、数字频率计、滑块、光电门，气垫导轨上设有滑块，气垫导轨的侧面设有光电门，滑块上装配有接收换能器，气垫导轨的端部装配有发射换能器，发射换能器与接收换能器的表面互相平行，发射换能器与信号源相连，模拟信号放大器的输入端与接收换能器相连，模拟信号放大器的输出端与数字频率计的输入端相连，数字毫秒计与光电门相连。本实用新型装置中滑块在气垫导轨上作近似匀速直线运动，这比一些实验中用小车作运动物体的效果要好。
【专利说明】
超声多普勒效应测速实验装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及物理教学中的力学装置，特别涉及一种利用超声多普勒效应测量物体的速度实验装置。
【背景技术】
[0002]超声多普勒效应测量物体的速度实验是各大学必做的实验。一般开设基于多普勒效应的实验项目，需要重新购置相应的实验设备，包括复杂的机械系统及运动控制系统，费用较高。本实验综合利用现有的
[0003]声速测量实验仪器及气垫导轨实验仪器，以模拟信号放大电路及数字频率计作为数据测量单元，设计出一套简易的多普勒效应测速实验仪器，以开展多普勒效应相关的设计性实验。
[0004]现有超声多普勒测速实验中用小车作运动物体，以致小车与导轨间存在摩擦力，测量的效果不佳，且存在成套设备费用高的问题。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是提供一种简易的超声多普勒效应测速实验装置，以解决现有超声多普勒效应测速仪存在的无法避免小车与导轨间存在摩擦力的问题。
[0006]本实用新型技术方案如下:一种超声多普勒效应测速实验装置，包括气垫导轨、数字毫秒计、发射换能器、接收换能器、信号源、模拟信号放大器、数字频率计、滑块、光电门，气垫导轨上设有滑块，气垫导轨的侧面设有光电门，滑块上装配有接收换能器，气垫导轨的端部装配有发射换能器，发射换能器与接收换能器的表面互相平行，发射换能器与信号源相连，模拟信号放大器的输入端与接收换能器相连，模拟信号放大器的输出端与数字频率计的输入端相连，数字毫秒计与光电门相连。
[0007]本实用新型装置由气垫导轨和滑块组成机械运动部分，必须调节气垫导轨水平，这时滑块与导轨间的摩擦力很小，滑块在气垫导轨上作近似匀速直线运动，这比一些实验中用小车作运动物体的效果要好。用数字毫秒计测量出滑块上遮光板经过光电门时遮光时间，然后用游标卡尺测量出遮光板的宽度，计算出滑块的速度，再以与多普勒测速作比较。本实用新型装置简单，能够减少实验室经费开支。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是一种超声多普勒效应测速实验装置的结构示意图。
[0009]附图标记含义如下:气垫导轨(I)、数字毫秒计(2)、发射换能器(S1X接收换能器(S2)、信号源(3)、模拟信号放大器(4)、数字频率计(5)、滑块(6)、光电门(7)。
【具体实施方式】
[0010]下面结合附图对本实用新型做进一步解释说明。
[0011]一种超声多普勒效应测速实验装置，包括气垫导轨1、数字毫秒计2、发射换能器S1、接收换能器S2、信号源3、模拟信号放大器4、数字频率计5、滑块6、光电门7，气垫导轨I上设有滑块6，气垫导轨I的侧面设有光电门7，滑块6上装配有接收换能器S2，气垫导轨I的端部装配有发射换能器S1，发射换能器S1与接收换能器S2的表面互相平行，发射换能器S1与信号源3相连，模拟信号放大器4的输入端与接收换能器S2相连，模拟信号放大器4的输出端与数字频率计5的输入端相连，数字毫秒计2与光电门7相连。
[0012]本实施方式中信号源3选用SBZ-A专用信号源，数字毫秒计选用GB-9F电子管毫伏表，发射换能器S1和接收换能器S2利用压电效应将信号源输出的正弦振荡电信号转换成超声振动。
[0013]具体实施步骤如下:利用动态调平法调节气垫导轨I的水平。
[0014]信号源3输出频率的调节:调节发射换能器S1的发射面与接收换能器S2的接收面互相平行，将信号源3输出的驱动信号频率调节到实验室给出发射换能器的谐振频率点附近处，使发射换能器有较高的电-声能转换效率，移动滑块6到某一位置，调整信号源3的输出信号频率，用数字毫秒计2观察接收换能器S2的输出电压幅度变化，在某一频率点处电压幅度最大，这是稳定信号频率，是最佳工作频率点，记下信号源的输出信号频率f。
[0015]实验数据测量:把接收换能器S2的输出信号输入到信号放大器4，经信号放大器放大后再输入到数字频率计5，测量接收换能器(SJ接收到的超声波频率，轻轻推动滑块6，使滑块在气垫导轨上做匀速直线运动，从数字频率计5上测量出接收换能器输出信号的频率f’，同时从数字毫秒计2上测量出滑块6上遮光板通过光电门的遮光时间Λ t，反复测量多次。实验过程中要观察专用信号源输出信号的频率，当其频率产生漂移时，重新调到谐振频率。
[0016]当滑块在导轨上作匀速运动时，滑块上的超声换能器接收到的超声波信号由于多普勒效应而产生频率变化，转换为电信号，利用数字频率计测量出电信号的频率f’，从专用信号源上读出信号源输出的超声波信号频率f，利用
f'-f
公式V=Z———V (其中V是物体的速度，V是超声波在室温下的波速，
/
F = F0Jl + ^^ ? K 是(TC时声速，K=33L45m/s),
0I 273.15 0—0
[0017]这时运动系统属于波源静止观察者运动的情况，便可计算出物体及滑块的速度。
As
[0018]根据公式V =——计算出滑块运动的速度作为滑块的实际速度，再与由公式
ΔΓ
f — f
V =-———V计算出的滑块速度作比较，发现误差较小，在2%以内。
/
【权利要求】
1.一种超声多普勒效应测速实验装置，其特征在于:它包括气垫导轨(I)、数字毫秒计(2)、发射换能器(S1X接收换能器(S2)、信号源(3)、模拟信号放大器(4)、数字频率计(5)、滑块(6)、光电门(7)，气垫导轨(I)上设有滑块(6)，气垫导轨(I)的侧面设有光电门(7)，滑块(6)上装配有接收换能器(S2)，气垫导轨(I)的端部装配有发射换能器(S1),发射换能器(S1)与接收换能器(S2)的表面互相平行，发射换能器(S1)与信号源(3)相连，模拟信号放大器(4)的输入端与接收换能器(S2)相连，模拟信号放大器(4)的输出端与数字频率计(5)的输入端相连，数字毫秒计(2)与光电门(7)相连。
【文档编号】G09B23/10GK204010433SQ201420311758
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年6月12日 优先权日:2014年6月12日
【发明者】张晓娟, 郑维民 申请人:甘肃民族师范学院