固有频率测量演示器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种固有频率测量演示器，属于教学用具。
【背景技术】
[0002] 任何物体都具有固有频率，由它的材质、结构、大小、性状等因素来决定，固有频率 是物体自身固有的一种物理特征。当物体受到某一特定频率策动时，能够引起振动并使幅 度达到最大值，这个频率就是物体的固有频率。可是，如何见证物体具有固有频率？至今， 在教学中尚没有市售仪器以供演示，因而感到质疑和困惑，因此，有必要发明一种固有频率 演示器，填补教学空白，以便学生能够从感性上得到认知。
[0003] 固有频率在生产实践中具有广泛的应用价值，比如靠近铁路的建筑物，当有列车 通过时，就会将其振动通过地面传递给建筑物，如果振动频率恰好与建筑物的固有频率相 同，这个建筑物就会产生共振，幅度也会越来越大至使建筑物损坏。在大剧院、礼堂都会使 用扩音设备，如果建筑物或其室内的一些设备的固有频率，恰好与扩音音响的某一频率相 同，也会产生共振，这种共振的声波再次传至麦克风，就会形成正反馈而引起刺耳的啸叫。 固有频率特性在工业上得到广泛的应用，尤其在电子技术领域，比如：晶体管、电感线圈、高 频电容等元器件，从家用电器感受最为明显。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种充实教学设备，加深学生感性认识，填补教学空白的 固有频率测量演示器。
[0005] 技术解决方案：
[0006] 本发明包括：底板、音频信号发生器、分贝计、扬声器，所述底板上固定安装有玻璃 容器，所述玻璃容器为圆筒形，圆筒形玻璃容壁上分别设有刻度尺和水量基准线，所述玻璃 容器下部设有进水口，进水口通过注水管路与储水槽出水口连接，储水槽通过管路与水泵 连接；所述注水管上设有分流口，分流口上接有分注管；玻璃容器上方设有扬声器，扬声器 与音频信号发生器连接，靠近扬声器的玻璃容器上设有分贝计，所述音频信号发生器与电 源连接。
[0007] 所述玻璃容器上的进水口及储水槽上的出水口分别安装有截止阀，分注管上安装 微调水阀。
[0008] 所述分贝计挂于玻璃容器上部。
[0009] 所述扬声器放置在支架上，所述支架包括：呈三角形设置的立柱，及固定安装在立 柱顶部的托板，所述托板上开有放置扬声器的通孔，所述通孔与所述玻璃容器开口相对应， 通孔处设有垫片。
[0010] 本发明注水采用了从玻璃容器下部注入的方法，避免了从上部注水产生的水面震 荡现象，圆筒形玻璃容壁上分别设有刻度尺和水量基准线，采用音频信号发生器、分贝计、 扬声器，通过注水改变容器的有效测量体积，从而使固有频率发生变化。本发明信号发生器 用于追踪被测物的固有频率，分贝计用于比较检测共振与否响度的变化，实现了在教学中 进行测量演示物体的固有频率；谐振最小激励强度，以及体积的大小与固有频率之间的关 系。
【附图说明】
[0011] 图1为本发明结构示意图；
[0012] 图2为图1的俯视图；
[0013] 图3为本发明测量高度与固有频率之间关系图；
[0014] 图4为本实有新型体积减小与固有频率增加关系图。
【具体实施方式】
[0015] 本发明底板1上分别固定安装有圆筒形透明玻璃容器2,放置扬声器4的支架、放 置储水槽12的储水槽架13,所述玻璃容器2与储水槽12分别置于扬声器的支架的两侧，所 述支架由呈三角形(两个平行设置立柱6、单个立柱7)设置的立柱组成，立柱顶部固定安装 有托板3,托板3置于玻璃容器2上方，托板3上开有放置扬声器4的通孔，为防止扬声器4 晃动，在通孔处设有垫片，所述通孔与所述玻璃容器2开口相对应，扬声器与音频信号发生 器连接，所述音频信号发生器与电源连接，分贝计4通过挂架设置在靠近扬声器的玻璃容 器1上，为便于观察和掌握注水量，所述圆筒形玻璃容器2侧壁上分别设有刻度尺和水量基 准线，玻璃容器2下部设有进水口，进水口通过注水管路10与储水槽12出水口连接，储水 槽12内的水通过水泵注入玻璃容器2内，注水管上设有分流口 5,分流口 5上接有分注管 8,玻璃容器2下部设的进水口、储水槽12出水管分别安装有截止阀11，分注管8上安装微 调水阀9用于调节水量。
[0016] 所述透明玻璃空器2是被测物，内径15厘米，有效测量高度20-30厘米，截面积 176 平方厘米，有效测量体积从 3534. 2m3、3887.6m3、4241. 0m3、4594. 5m3、4948. 0m3至 5301. 4m3。
[0017] 本发明选用圆筒形玻璃容器2作为被测物，利用音频信号发生器作为激励声源， 去追踪固有频率，当激励声源与被测物的固有频率相同时，就会激发被测物产生胁迫振动， 这样，激励声与被测物的谐振声二者叠加响声明显增大，产生共鸣，此时，信号发生器显示 的频率，即为该物体的固有频率。此后，回调激励声源幅度至"〇"位，再缓慢调高，在某一点 上会出现声音突然放大，这个点位就是谐振的最小激励强度。如果改变激励声的频率或改 变被测物的体积、形状条件，破坏掉谐振的要件，也就是激励声源与被测物的固有频率不相 同，不产生谐振，共鸣声消失，响声减小，从而证实物体具有固有频率。本仪器还利用向器皿 内依次注水的方法，改变玻璃容器2内水的有效被测体积，再分别测量找出一组体积不同 的谐振点（固有频率)，根据这一组测得的数据，就可以分析出体积与固有频率之间的关系。
[0018] 具体测试方法和步骤：
[0019] 1、准备：打开音频信号发生器预热5分钟，将"频率调整"按钮至于低位，"幅度"按 钮调至0位；打开分贝计4 (调整在正常和快速测量位）并放在分贝计挂架上；将储水槽12 中加入2公斤水。
[0020] 2、测试固有频率步骤如下：打开玻璃容器2下部进水口及储水槽12出水管上的 截止阀11及水泵，将储水槽12内的水通过水泵向玻璃容器2内注水至基准线5301. 4m3,并 利用注水管路10上的分流管上的微调水阀9修正误差。逐渐调大频信号发生器的"幅度" 按钮，使调大频信号发生器振幅逐步增大，设定输出电压为3伏，缓慢调高频信号发生器的 "频率调整"按钮，同时随时感受玻璃容器2内水声的变化(谐振点响度增大)，同时观察分贝 计4数字的变化(谐振点数字增大)，若激励声源足够大就能从分贝计4数字变化点处找到 谐振点；找到谐振点之后，调低或调高音频信号发生器频率，移离谐振点，响度如果减小，就 说明谐振点准确，反之不准确。
[0021] 或在找到谐振点之后，移开扬声器，如果谐振点准确，则响度会明显减小。如果谐 振点不准确，则响度无明显变化，通过此步骤进一步进行确定谐振点。准确的谐振点就是该 玻璃容器2的固有频率。
[0022] 3、测试最小激励功率步骤如下：在确定了谐振点之后，音频信号发生器的"频率 调整"按钮保持原位不动，回调音频信号发生器"幅度"按钮至最低位，然后再缓慢调高，当 达到最小激励功率时，玻璃容器2内水声瞬间增大，分贝计4上的数值同进增大，此时的临 界点电压，就是谐振的最小激励功率。
[0023] 4、测试体积与固有频率之间的关系方法如下：向玻璃容器2内注水，根据玻璃容 器2上刻度，水位提高1厘米，相当于玻璃容器2的有效测量高度减少1厘米，其体积也相 应的减小176. 7cm3,用测试固有频率的方法找到并记录一个谐振点，按上述方法依次进行， 就会得到一组不同体积的固有频率数据，根据这一组数据，就可以做表、做图，清楚明了的 分析出体积与固有频率之间的关系。
[0024] 测试条件及结果
[0025] 1、条件。内蒙古中部区，海拔1100米，气温在21°C时，使用RK1212BL型音频信号 发生器和TM810M型分贝测试计。
[0026] 2、测试结果如下表：
[0027] 固有频率测试表
[0028]
【主权项】
1. 固有频率测量演示器，其特征在于，包括：底板、音频信号发生器、分贝计、扬声器， 所述底板上固定安装有玻璃容器，所述玻璃容器为圆筒形，圆筒形玻璃容壁上分别设有刻 度尺和水量基准线，所述玻璃容器下部设有进水口，进水口通过注水管路与储水槽出水口 连接，储水槽通过管路与水泵连接；所述注水管上设有分流口，分流口上接有分注管；玻璃 容器上方设有扬声器，扬声器与音频信号发生器连接，靠近扬声器的玻璃容器上设有分贝 计，所述音频信号发生器与电源连接。
2. 根据权利要求1所述的固有频率测量演示器，其特征在于，所述玻璃容器上的进水 口及储水槽上的出水口分别安装有截止阀，分注管上安装有微调水阀。
3. 根据权利要求1所述的固有频率测量演示器，其特征在于，所述分贝计挂于玻璃容 器上部。
4. 根据权利要求1所述的固有频率测量演示器，其特征在于，所述扬声器放置在支架 上，所述支架包括：呈三角形设置的立柱，及固定安装在立柱顶部的托板，所述托板上开有 放置扬声器的通孔，所述通孔与所述玻璃容器开口相对应，通孔处设有垫片。
【专利摘要】本实用新型涉及一种固有频率测量演示器，属于教学用具。本实用新型底板上固定安装有玻璃容器，所述玻璃容器为圆筒形，圆筒形玻璃容壁上分别设有刻度尺和水量基准线，所述玻璃容器下部设有进水口，进水口通过注水管路与储水槽出水口连接，储水槽通过管路与水泵连接；所述注水管上设有分流口，分流口上接有分注管；玻璃容器上方设有扬声器，扬声器与音频信号发生器连接，靠近扬声器的玻璃容器上设有分贝计，所述音频信号发生器与电源连接。本实用新型注水采用了从玻璃容器下部注入的方法，避免了从上部注水产生的水面震荡现象，通过注水改变容器的有效测量体积，从而使固有频率发生变化。本实用新型实现了在教学中进行测量演示物体的固有频率；谐振最小激励强度，以及体积的大小与固有频率之间的关系。
【IPC分类】G09B23-14
【公开号】CN204480559
【申请号】CN201520140547
【发明人】邬博宇
【申请人】邬博宇
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年3月12日