超声驻波悬浮演示实验装置的制作方法

本实用新型涉及一种超声波实验教学装置，可方便的演示各实验参量对微小悬浮物所受的悬浮力的影响，具体涉及一种超声驻波悬浮演示实验装置。

背景技术：

由于在超声波叠加形成的驻波场中的空间环境具有微重力、无容器、超高真空的特点及其中悬浮物出现的深过冷现象，在新材料、新药物的制备、生物化学分析、精密传送、无摩擦轴承、空间流体力学等领域得到了广泛的运用。随着航天技术的迅猛发展，空间实验的开展成为了可能；但由于成本的昂贵，空间实验的机会也十分有限。于是，在地方上模拟太空无容器效应的悬浮技术应运而生。

与其他的悬浮技术相比声悬浮主要有以下特点：

不受样品本身的电磁学性质的影响，理论上是可以悬浮任何材料。

不需要对驱动电压进行精密控制。

悬浮稳定性较强，可在悬浮时对悬浮物进行操控和处理。

从1964年第一台声悬浮器的设计制作到现在，声悬浮器的悬浮能力有了很大的提高，西北工业大学的解文军等人设计的声悬浮器悬浮了地面上最重的固体铱；2013年吉林大学的刘建芳等人设计出了对悬浮力进行精密量化的悬浮器。

目前，市面上的超声驻波悬浮演示实验装置普遍存在结构相对复杂、功能少、以及大多只能演示单一反射面对悬浮效果的影响的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种超声驻波悬浮演示实验装置，解决现有技术中的超声驻波悬浮演示装置存在的结构复杂、大多只能演示单一反射面对悬浮效果的影响的技术问题。

本实用新型解决上述的问题的技术方案为：超声驻波悬浮演示实验装置，包括水平台、固定铰链、竖杆、下滑套、下固定夹、定位螺栓下紧固螺栓、反射面组件、上滑套导轨、上滑套、调节旋钮、上固定夹、上固定螺栓、超声换能器以及刻度尺；

所述固定铰链底部与水平台固定连接，固定铰链顶部与竖杆底部活动连接；

所述竖杆下部设置有下滑套，竖杆中上部固定连接有上滑套导轨；

所述下滑套的两个相对的侧面上分别对应设置有下固定夹及定位螺栓，并且所述反射面组件通过下紧固螺栓的紧固力与下固定夹连接；

所述上滑套设置在上滑套导轨上，上滑套设置有调节旋钮，该调节旋钮与一锥齿轮传动箱连接，所述锥齿轮传动箱的输出齿轮与滑套导轨上的设置导向齿条连接；

所述上固定夹与上滑套固定连接，上固定夹设置有上固定螺栓，所述超声换能器通过上固定螺栓的紧固力与上固定夹连接；

所述刻度尺与上滑套导轨固定连接。

进一步，所述超声换能器与反射面组件为共轴平行设置，并且二者的位置可以互换。

进一步，所述反射面组件为平光滑反射面、平粗糙反射面、凹光滑反射面、凸光滑反射面中的一种。

进一步，锥齿轮传动箱内有两个相互啮合的锥齿轮。

进一步，还包括电源，所述电源与超声换能器通过导线连接。

采用上述技术方案的本实用新型能够带来如下有益效果：

1.可演示谐振腔腔长对悬浮点个数的影响。

2.可演示平、凹、凸反射面对悬浮效果的影响。

3.可演示反射面粗糙程度对悬浮效果的影响。

4.可演示倾斜谐振腔对悬浮效果的影响。

5.可演示反射面相对位置对悬浮效果的影响。

6.可演示仪演示驱动电源输出功率变化对悬浮效果得影响。

7.可演示驱动电源输出电流频率变化对悬浮效果得影响。

8.利用悬浮点间距，可实现声速的测定。

9.本实用新型操作容易、结构简单。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的左视图。

图3为本实用新型的俯视图。

图中，1-水平台、2-固定铰链、3-竖杆、4-下滑套、5-下固定夹、6-定位螺栓、7-下紧固螺栓、8-反射面组件、9-上滑套导轨、10-上滑套、11-调节旋钮、12-上固定夹、13-上固定螺栓、14-超声换能器、15-刻度尺；

具体实施方式

请参阅图1至图3所示，一种超声驻波悬浮演示实验装置，包括水平台1、固定铰链2、竖杆3、下滑套4、下固定夹5、定位螺栓6下紧固螺栓7、反射面组件8、上滑套导轨9、上滑套10、调节旋钮11、上固定夹12、上固定螺栓13、超声换能器14以及刻度尺15；

所述固定铰链2底部与水平台1固定连接，固定铰链2顶部与竖杆3底部活动连接，通过固定铰链2可调节竖梁5与水平台1的夹角以实现谐振腔倾斜；

所述竖杆3下部设置有下滑套4，竖杆3中上部固定连接有上滑套导轨9；

所述下滑套4的两个相对的侧面上分别对应设置有下固定夹5及定位螺栓6，并且所述反射面组件8通过下紧固螺栓7的紧固力与下固定夹5连接；

所述上滑套10设置在上滑套导轨9上，上滑套10设置有调节旋钮11，该调节旋钮11与一锥齿轮传动箱连接，所述锥齿轮传动箱的输出齿轮与滑套导轨9上的设置导向齿条连接；

所述上固定夹12与上滑套10固定连接，上固定夹12设置有上固定螺栓13，所述超声换能器14通过上固定螺栓13的紧固力与上固定夹12连接；

所述刻度尺15与上滑套导轨9固定连接。

进一步，所述超声换能器14与反射面组件8为共轴平行设置，并且二者的位置可以互换。

进一步，所述反射面组件8为平光滑反射面、平粗糙反射面、凹光滑反射面、凸光滑反射面中的一种。

进一步，所述锥齿轮传动箱内有两个相互啮合的锥齿轮。

进一步，还包括电源，所述电源与超声换能器14通过导线连接。

以下简述本实用新型的工作过程：

一、使用超声驻波演示仪演示仪演示谐振腔腔长对悬浮效果得影响时，具体操作步骤如下：

1.将超声换能器通过上固定夹，固定于装置中；将平光滑反射面通过下固定夹，固定于装置中。

2.转动调节旋钮，调节谐振腔腔长为半波长的M(M为整数)倍。

3.把悬浮样品放于悬浮点处，记录悬浮点位置与可悬浮个数。

4.转动调节旋钮，调节谐振腔腔长为半波长的N(N为整数)倍。

5.把悬浮样品放于悬浮点处，记录悬浮点位置与可悬浮个数。二、使用超声驻波演示仪演示仪演示平/凹/凸光滑反射面对悬浮效果得影响时，具体操作步骤如下：

1.将超声换能器通过上固定夹，固定于装置中；将平光滑反射面面通过下固定夹，固定于装置中。

2.转动调节旋钮，调节谐振腔腔长为半波长整数倍。

3.把悬浮样品放于悬浮点处，记录悬浮点位置与可悬浮个数。

4.将平光滑反射面面换下；将凹光滑反射面通过上固定夹，固定于装置中。

5.转动调节旋钮，调节谐振腔腔长为半波长整数倍。

6.把悬浮样品放于悬浮点处，记录悬浮点位置与可悬浮个数。

7.将凹光滑反射面换下；将凸光滑反射面通过下固定夹，固定于装置中。

8.转动调节旋钮，调节谐振腔腔长为半波长整数倍。

9.把悬浮样品放于悬浮点处，记录悬浮点位置与可悬浮个数。

三、使用超声驻波演示仪演示仪演示反射面粗糙程度对悬浮效果得影响时，具体操作步骤如下：

1.将超声换能器通过上固定夹，固定于装置中；将平光滑反射面面通过下固定夹，固定于装置中。

2.转动调节旋钮，调节谐振腔腔长为半波长整数倍。

3.把悬浮样品放于悬浮点处，记录悬浮点位置与可悬浮个数。

4.将超声换能器通过上固定夹，固定于装置中；将平粗糙反射面通过下固定夹，固定于装置中。

5.转动调节旋钮，调节谐振腔腔长为半波长整数倍。

6.把悬浮样品放于悬浮点处，记录悬浮点位置与可悬浮个数。

四、使用超声驻波演示仪演示仪演示倾斜谐振腔对悬浮效果得影响时，具体操作步骤如下：

1.将超声换能器通过上固定夹，固定于装置中；将平光滑反射面面通过下固定夹，固定于装置中。

2.转动调节旋钮，调节谐振腔腔长为半波长整数倍。

3.把悬浮样品放于悬浮点处，倾斜实验装置。

五、使用超声驻波演示仪演示仪演示反射面相对位置对悬浮效果的影响，具体步骤如下：

1.将超声换能器通过上固定夹，固定于装置中；将平光滑反射面面通过下固定夹，固定于装置中。

2.转动调节旋钮，调节谐振腔腔长为半波长整数倍。

3.把悬浮样品放于悬浮点处，记录悬浮点位置与可悬浮个数。

4.将超声换能器与平光滑反射面面互换位置。

5.转动调节旋钮，调节谐振腔腔长为半波长整数倍。

6.把悬浮样品放于悬浮点处，记录悬浮点位置与可悬浮个数。

六、使用超声驻波演示仪演示仪演示驱动电源输出功率变化对悬浮效果得影响时，具体操作步骤如下：

1.将超声换能器通过上固定夹，固定于装置中；将平光滑反射面面通过下固定夹，固定于装置中。

2.转动调节旋钮，调节谐振腔腔长为半波长整数倍。

3.把悬浮样品放于悬浮点处，记录悬浮点位置与可悬浮个数。

4.转动驱动电源的功率调节旋钮，调节输出功率的大小。

七、使用超声驻波演示仪演示仪演示驱动电源输出电流频率变化对悬浮效果得影响时，具体操作步骤如下：

1.将超声换能器通过上固定夹，固定于装置中；将平光滑反射面面通过下固定夹，固定于装置中。

2.转动调节旋钮，调节谐振腔腔长为半波长整数倍。

3.把悬浮样品放于悬浮点处，记录悬浮点位置与可悬浮个数。

4.转动驱动电源的频率调节旋钮，调节输出电流频率的大小。

八、使用超声驻波演示仪测定空气中的声速，具体操作步骤如下：

1.将超声换能器通过上固定夹，固定于装置中；将平光滑反射面面通过下固定夹，固定于装置中。

2.转动调节旋钮，调节谐振腔腔长为半波长整数倍。

3.把悬浮样品放于悬浮点处，记录悬浮点位置与可悬浮个数。

4.两悬浮点的间距为半个波长，频率为超声换能器的固有频率。利用公式：c＝λf计算出空气中的声速。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并非是对本实用新型的限制，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的指引下，所作出的等效替换与修饰，均落入本实用新型的保护范围。