[發(fā)明專利]一種接收換能器角度可變的聲速測定儀及其使用方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811095916.4
• 申請日: 2018-09-19
• 公開（公告）號: CN109115326A
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 廖艷林;趙艷;王佩紅;諶正艮;章文;汪洪
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽大學(xué)
• 主分類號: G01H5/00
• 分類號: G01H5/00;G01H13/00
• 代理公司: 合肥天明專利事務(wù)所(普通合伙) 34115
• 代理人: 趙瑜;金凱

一種接收換能器角度可變的聲速測定儀及其使用方法，它涉及一種測量最佳諧振頻率和超聲波聲速實(shí)驗(yàn)裝置，以解決現(xiàn)有最佳諧振頻率和超聲波聲速實(shí)驗(yàn)測量方法測量結(jié)果誤差較大的問題。包括有前固定桿和后固定桿固定連接的左支架和右支架，固定于左支架和右支架之間的刻度尺，平行設(shè)置于刻度尺下方的滑軌和螺桿，套裝在滑軌和螺桿螺紋上的滑塊，固定在滑軌上且套裝在螺桿非螺紋段的固定塊，位于右支架外側(cè)且與螺桿連接的手輪，安裝在固定塊和滑塊上的發(fā)射換能器和接收換能器，以及角度調(diào)節(jié)旋鈕。本發(fā)明用于測量壓電換能器最佳諧振頻率和降低相位法超聲波聲速測量誤差。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及物理實(shí)驗(yàn)裝置，具體是一種接收換能器角度可變的聲速測定儀及其使用方法。

背景技術(shù)

通過聲速測量可以獲得被測物質(zhì)的性質(zhì)、狀態(tài)及速度變化，廣泛應(yīng)用于測距、液體流速、定位、彈性模量等方面。聲速測量實(shí)驗(yàn)也是物理實(shí)驗(yàn)中一個(gè)非常經(jīng)典的綜合性實(shí)驗(yàn)。在聲速測量實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，一般先確定好壓電換能器的最佳諧振頻率，在不改變壓電換能器驅(qū)動頻率條件下，再利用共振法或相位比較法確定波長。 為了獲得非常強(qiáng)的聲波信號，發(fā)射端壓電換能器和接收端壓電換能器的端面保持平行，另外共振法測波長時(shí)兩壓電換能器端面平行也有利于保證明顯的駐波共振現(xiàn)象，因此現(xiàn)有物理實(shí)驗(yàn)中的聲速測定儀發(fā)射端壓電換能器和接收端壓電換能器的端面保持平行且角度保持固定。但是由于發(fā)射端和接收端的相互平行固定設(shè)置會在實(shí)驗(yàn)過程中導(dǎo)致兩個(gè)明顯問題：（1）兩壓電換能器相互平行設(shè)置使得駐波共振效應(yīng)干擾最佳諧振頻率點(diǎn)測定，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)儀器獲得的所謂最佳諧振頻率實(shí)質(zhì)是共振效應(yīng)以及換能器諧振頻率的綜合結(jié)果（高等函授學(xué)報(bào),第25卷,第4期,2012年,頁碼:75-77），并不是換能器真實(shí)的最佳諧振頻率點(diǎn)；（2）在利用相位比較法獲得聲波波長過程中，由于兩壓電換能器相互平行，會有很強(qiáng)的反射波到達(dá)接收端，從而干擾相位的測量，增大了聲速測定儀的測量誤差。因此，為便于壓電換能器最佳諧振頻率的測量以及降低相位法聲速測量誤差，迫切需要一種接收換能器角度可變的聲速測定儀。

發(fā)明內(nèi)容 本發(fā)明的目的是提供一種接收換能器角度可變的聲速測定儀及其使用方法，以解決現(xiàn)有物理實(shí)驗(yàn)中聲速測定儀在壓電換能器最佳諧振頻率測量以及相位法聲速測量方面存在的問題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種接收換能器角度可變的聲速測定儀，包括有左支架、右支架、刻度尺、前固定桿、后固定桿、螺桿、滑軌、固定塊、滑塊、手輪、發(fā)射換能器、接收換能器、角度調(diào)節(jié)旋鈕。前固定桿和后固定桿固定連接左支架和右支架，刻度尺固定于左支架和右支架之間；為了保證滑塊運(yùn)動始終在一水平線上平移，滑軌和螺桿平行設(shè)置于刻度尺下方且滑軌位于螺桿下方；滑塊套裝在滑軌和螺桿螺紋上，固定塊固定在滑軌上且套裝在螺桿非螺紋段，手輪位于右支架外側(cè)且與螺桿連接，發(fā)射換能器和接收換能器分別安裝在固定塊和滑塊上，且接收換能器的角度可由角度調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)整。調(diào)節(jié)手輪可以改變滑塊和接收換能器的位置，角度調(diào)節(jié)旋鈕可以改變接收換能器的角度，從而控制反射波對接收換能器測量的影響。

一種所述的接收換能器角度可變的聲速測定儀的使用方法，包括以下步驟：

S1、根據(jù)不同的測試目的，調(diào)節(jié)角度調(diào)節(jié)旋鈕使發(fā)射換能器和接收換能器的端面成N度角，N=0或不為0；

S2、獲取驅(qū)動信號頻率或者刻度尺讀數(shù)。

優(yōu)選地，當(dāng)壓電換能器最佳諧振頻率測試時(shí)，調(diào)節(jié)角度調(diào)節(jié)旋鈕使N不為0，即發(fā)射換能器和接收換能器的端面不平行，且當(dāng)通過手輪移動接收換能器的位置時(shí)，接收換能器的電信號幅度不會隨著發(fā)射換能器和接收換能器距離改變而周期性變化；隨后調(diào)節(jié)發(fā)射換能器的驅(qū)動電信號頻率，通過觀察接收換能器連接的示波器，當(dāng)示波器中電信號幅度最大時(shí)，此時(shí)的驅(qū)動信號頻率即為壓電換能器的最佳諧振頻率。