[實用新型]多普勒效應及聲速綜合實驗儀

無效

• 申請號: 200720106450.4
• 申請日: 2007-02-09
• 公開（公告）號: CN201007868Y
• 公開（公告）日: 2008-01-16
• 發明（設計）人: 駱冠松;王震;覃愛民;鄭志榮
• 申請（專利權）人: 杭州大華儀器制造有限公司
• 主分類號: G09B23/06
• 分類號: G09B23/06
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司
• 代理人: 尉偉敏

技術領域

本實用新型屬于物理教學實驗器材，尤其涉及一種多普勒效應及聲速綜合實驗儀。

背景技術

中國專利文獻85201051公開了一種“激光多普勒效應演示儀”，該儀器在激光光路系統中采用一個兩片平面平行的光柵組成的雙光柵結構，一片光柵可相對另一片光柵移動，光電二極管接收光頻的多普勒頻移信號后經過放大可同時驅動揚聲器和輸入示波器，從而演示多普勒頻移的物理現象。這種結構的實驗儀借助于激光來演示多普勒效應，能得到因光柵移動而形成的多普勒頻移，但不能測量出頻移值，更不能測量運動速度與多普勒頻移的量值關系；光柵的移動只能靠手控制，不能準確可控；實驗內容單一，不能測量空氣中的聲速，只能做演示性實驗，功能具有較大的局限性。

發明內容

本實用新型主要解決原有多普勒效應實驗儀只能做演示性實驗，不能測量出頻移值，更不能測量運動速度與多普勒頻移的量值關系的技術問題；提供一種能準確測量出多普勒頻移的量值、能測量運動速度與多普勒頻移的量值關系的多普勒效應及聲速綜合實驗儀。

本實用新型同時解決原有多普勒效應實驗儀不能測量空氣中的聲速、運動狀態不能準確可控、實驗內容單一的技術問題；提供一種可多種方法測量空氣中的聲速、能產生直線勻速運動和變速運動、實驗內容豐富、實驗種類多樣的多普勒效應及聲速綜合實驗儀。

本實用新型的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：本實用新型包括測試架及與測試架電連接的實驗儀、智能運動控制系統；所述的測試架包括底板，底板一頭固定有發射換能器，另一頭固定有帶有傳動帶的步進電機，傳動帶位于發射換能器和步進電機之間，傳動帶上設有接收換能器；所述的實驗儀包括微處理器及與微處理器相連的頻率/時間處理電路、信號發生電路、按鍵、顯示單元，信號發生電路與測試架上的發射換能器電連接，頻率/時間處理電路與測試架上的接收換能器電連接；所述的智能運動控制系統包括微處理器及與微處理器相連的步進電機驅動電路、按鍵、顯示單元，步進電機驅動電路與測試架上的步進電機電連接。由實驗儀的微處理器控制信號發生電路發出信號給測試架上的發射換能器，發射換能器產生超聲波，顯示單元顯示發射超聲波的頻率；智能運動控制系統的微處理器根據按鍵輸入的指令，輸出數據到步進電機驅動電路，控制測試架上步進電機的運轉，步進電機通過傳動帶帶動接收換能器進行勻速運動或變速運動，且運動的速度可調；接收換能器將接收到的超聲波轉換成電信號，經實驗儀的頻率/時間處理電路輸送給微處理器，經微處理器處理再送顯示單元直觀地顯示出接收到的超聲波的頻率。直觀地獲得發射、接收的超聲波頻率的不同值，得到多普勒頻移的量值，測量出運動速度與多普勒頻移的量值關系。實驗中只要按要求接好電連接線，通過按鍵設置實驗值，就能方便地得到實驗結果。操作方便，實驗結果直觀，多普勒效應明顯。

作為優選，所述的測試架的底板上設有一個測速光電門，所述的接收換能器設有固定間隔的前、后兩個擋光片；所述的實驗儀中的微處理器還連接有測速處理電路，測速處理電路與測速光電門電連接。當接收換能器運動經過測速光電門，其上的兩個擋光片先后經過測速光電門，使測速光電門獲得兩個間隔的信號，再輸送給實驗儀的測速處理電路，再給微處理器，微處理器通過計算兩擋光片經過光電門信號的時間差，從而測出接收換能器的運動速度，再結合接收到的超聲波頻率與發射頻率的關系計算出超聲波的傳播速度。

作為優選，所述的測試架的底板上設有兩個限位光電門，兩個限位光電門分別與傳動帶的頭尾端對應；所述的智能運動控制系統中的微處理器還連接有限位處理電路，限位處理電路與兩個限位光電門電連接。當接收換能器運動到傳動帶的兩頭時，通過其上的擋光片遮擋限位光電門，使限位光電門獲得信號，再輸送給智能運動控制系統的限位處理電路，再給微處理器，微處理器經處理發出信號使電機停轉，從而使接收換能器運動到傳動帶兩頭時能自動停止。

作為優選，所述的測試架的底板上安裝有直線導軌，直線導軌位于傳動帶的下方，所述的接收換能器與設于直線導軌上的運動滑塊相連。使接收換能器受傳動帶的帶動在直線導軌上滑動，確保接收換能器能沿直線導軌進行直線運動，運動摩擦力小且平穩。

作為優選，所述的實驗儀的殼體上設有兩個波形輸出接口，兩個波形輸出接口分別與頻率/時間處理電路、信號發生電路相連。通過實驗儀中的微處理器的控制，可以輸出連續波和脈沖波，再通過示波器能觀察發射、接收的超聲波的波形的不同，進一步觀察多普勒效應，觀測不同位置的發射、接收的超聲波的波形，還能用駐波法、相位法測量超聲波的傳播速度。