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专利名称：定距声速测量实验仪的制作方法
技术领域：
:本实用新型涉及物理教学实验仪器，特别是一种声速测量实验仪器。
技术背景:目前大学物理实验中使用的声速测量实验仪器，主要包括:超声波换能器一对，用于发射和接收超声波；百分之一毫米准确度的螺杆位移系统(带动接收超声波换能器移动)；信号发生器和示波器。其利用驻波法或相位法测量空气中的声速。这类实验仪器，都具有精密复杂的机械传动装置，在超声波接收换能器前进和后退的反向移动时，都存在空程差，此外，由于精密机械仪器成本较高。所有这类仪器的共同点是:实验时，仪器发出的超声波的频率都是固定不变的，如果频率发生变化，会导致测量误差。我们获得授权的专利“变频定距声速测量实验仪”(专利号:201120552328.6)，是把音频功放输出的信号输入示波器，利用相位比较法测量声速。在本申请中，我们去掉了比较贵重的示波器，换上简易便宜的电压表(或用万用表的电压测量档)，利用驻波法测量声速
实用新型内容
:本实用新型的目的就是针对现有声速实验仪器存在的机械部分要求精度高、存在空程差、成本高的问题，利用音频信号发生器信号调节范围宽的特点，固定发声端和接收端(也是声波反射端)的距离，通过调节音频信号的频率，使其在固定长度的传声通道的圆管内形成驻波，利用音频功放把拾音喇叭的电压放大，记录信号频率与对应的电压数值，利用驻波法测量声速。本发明采用如下技术方案:一种定距声速测量实验仪，其包括一根圆管，发声喇叭和拾音喇叭分别安装于圆管的两端，发声喇机与可输出不同频率信号的信号发生器的输出端相连，拾音喇机与对音频信号进行放大的音频功放相连，音频功放的输出信号连接到电压表。从500H开始到5000Hz为止，连续地改变信号发生器的输出频率，一直观察电压表示数，记录电压达到每个峰值时的电压和对应的信号频率，测量声速。所述的发声喇叭和拾音喇叭的距离固定不变。所述的发声喇叭和拾音喇叭均为金属膜全频小喇叭。所述的功放是音频信号放大器。所述的测量方法是连续改变信号发生器的频率来测量声速。本实用新型在透明圆管的两端相对安装金属膜小喇叭，一个喇叭与可调音频信号发生器相连，成为发声喇叭，另一喇叭作为拾音器使用，接收声音，并变成电信号输入到小型音频功放中放大，该喇叭还把传来的声波反射回去。音频功放的输出信号连接到电压表。从500H开始到5000Hz为止，连续地改变信号发生器的输出频率，一直观察电压表示数，记录电压达到每个峰值时的电压值和对应的信号频率。根据驻波原理，发声喇叭发出的声波以近似平面波的形式传播，在拾音喇叭表面发生反射，两喇叭之间的入射波和反射波相互干涉，当两喇叭的间距满足半波长的整数倍时，出现驻波共振现象，此时，拾音喇叭表面为驻波波节，声压最大，则拾音喇叭输出的电信号最大，经放大后的电压也处于峰值。假设当频率调到时，拾音喇叭的电压输出为峰值，声波在长度为L的管内形成N个半波长的驻波，然后，从开始，增加发声喇叭的激励频率，直到观测到拾音喇叭的电压输出再次达到峰值，则此时发声喇叭和拾音喇叭之间应具有N+1个半波长的距离，假设此时频率为f2，因此，我们可以得到公式丄=化/(24)和L=(N+l)v/(2f2)，联立解上面的方程得。因此，只要连续记录拾音喇叭输出电压达到峰值时的频率，再测量两喇叭之间的距离，就可以计算出声速。本实用新型的优点:没有复杂精密的机械传动部分，提高了仪器的可靠性，降低了成本；可用于高校的声速测量实验或演示物理实验。

:图1为本实用新型的结构示意图。图中:1、透明圆管,2、发声喇口八,3、拾音喇口八,4、音频功放,5、电压表,6、信号发生器。
具体实施方式
:如图1所示，透明圆管I的左端安装有发声喇叭2，右端安装有拾音喇叭3，信号发生器的输出信号连接到发声喇叭2，发声喇叭2发出的声波通过透明圆管I传到拾音喇叭3，并部分被反射回发声喇叭2，再有部分反射，回到拾音喇叭3，经多次反射，内部声波达到稳定状态，拾音喇叭3接收声波后变成电信号，传输给音频功放4，经音频功放4放大的信号连接电压表5。实验时，从500H开始到5000Hz为止，连续地改变信号发生器的输出频率，一直观察电压表示数，记录电压达到每个峰值时的电压值和对应的信号频率，如果相邻的电压峰值所对应的信号频率为和f2，两个喇叭之间的距离L，就可以计算出声速V，即v=2L (f2_fi)。
权利要求1.一种定距声速测量实验仪，其特征在于:其包括一根圆管，发声喇叭和拾音喇叭分别安装于圆管的两端，发声喇叭与可输出不同音频频率信号的信号发生器的输出端相连，拾音喇叭与对音频信号进行放大的音频功放相连，音频功放的输出信号连接到电压表。
2.根据权利要求1所述的定距声速测量实验仪，其特征在于:所述的发声喇叭和拾音喇叭的距离固定不变。
3.根据权利要求1所述的定距声速测量实验仪，其特征在于:所述的发声喇叭和拾音喇叭均为金属膜全频小喇叭。
4.根据权利要求1所述的定距声速测量实验仪，其特征在于:所述的功放是音频信号放大器。
专利摘要定距声速测量实验仪，属于物理教学实验仪器领域。本实用新型包括一根圆管，发声喇叭和拾音喇叭分别安装于圆管的两端，发声喇叭与可调音频信号发生器的输出端相连，拾音喇叭与对音频信号进行放大的功放相连，音频功放的输出信号连接到电压表。从500H开始，到5000Hz为止，连续地改变信号发生器的输出频率，一直观察电压表示数，记录电压达到每个峰值时的电压值和对应的信号频率，再测量两个喇叭之间的距离，就可以计算出声速。本实用新型没有复杂精密的机械传动部分，提高了仪器的可靠性，降低了成本；可用于高校的声速测量实验或演示物理实验。
文档编号G01H5/00GK202928685SQ201220356828
公开日2013年5月8日 申请日期2012年7月21日 优先权日2012年7月21日
发明者王吉有, 王翀, 何雨航, 段苹 申请人:北京工业大学