[实用新型]利用超声波测量运动物体位移的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及教学器具，特别是应用在物理教学中的一种利用超声波测量物体位移的装置。

背景技术

以往的物理教学中，在对物体位移测量时，采用超声波测距技术，使用超声波测量物体位移装置进行。该装置主要结构包括超声波转换器与功能模块电路，在使用时，存在只能测物体运动的绝对位移，而不能测物体运动的相对位移；超声波采样频率只有30HZ以下；测量的误差在±1mm以上的缺陷。影响教学质量。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述缺陷，提供一种利用超声波测量运动物体位移的装置。

本实用新型的技术方案是利用超声波测量运动物体位移的装置，包括超声波转换器与功能模块电路，其特征是所说的功能模块电路，包括驱动电路单元(3)、信号处理电路单元(4)、微处理器单元(5)，微处理器单元(5)的输出端接驱动电路单元(3)的输入端，驱动电路单元(3)的输出端接超声波转换器的输入端，超声波转换器的输出端接信号处理电路单元(4)的输入端，信号处理电路单元(4)的输出端接微处理器单元(5)的输入端，微处理器单元(5)上有与计算机连接的接口。

所说的信号处理电路单元(4)包括放大电路、积分电路与整形电路。

所说的超声波转换器是超声波发生器(1)与超声波接收器(2)；所说的超声波发生器(1)发出的超声波采样频率为100HZ以上，超声波量程为±100cm。本实用新型是利用超声波反射原理测量运动物体相对起始位移，实验时，采样频率为100HZ以上，量程为±100cm，测量的精确度在±0.2mm以下。

本实用新型的优点是由于这种新的装置，符合物理教学中默认的起始位置为位移原点的习惯，应用于物理教学中具有实时、准确、经济、可视性好。

附图说明

图1是本实用新型的结构方框图。

图2是本实用新型的一种电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明实施例。

参见图1，1-超声波发生器、2-超声波接收器、3-驱动电路单元、4-信号处理电路单元、5-微处理器单元、6-计算机、7-多媒体大屏幕装置、8-运动物。如图示，微处理器单元5的输出端接驱动电路单元3的输入端，驱动电路单元3的输出端接超声波转换器中的超声波发生器1的输入端，超声波发生器1发出超声波信号，由运动物体8反射到超声波接收器2中，超声波接收器2的输出端接信号处理电路单元4的输入端，信号处理电路单元4的输出端接微处理器单元5的输入端，微处理器单元5上有与计算机6连接的接口。计算机6与多媒体大屏幕装置7相连接。本装置是测量运动物体相对于起始位置(即运动物体反射第一个超声波脉冲时所处的位置)的位移数据，这数据经过计算机6计算以后，可同时显示物体位移、速度、加速度随时间的变化，也可以显示x-t、v-t、a-t图象，可以应用于物理教学中。其原理是先确定第一个反射脉冲到达的准确时刻，根据反射波脉冲的特征，测量此后的反射波脉冲到达的准确时刻，计算后续脉冲与第一个反射脉冲的时间差。根据空气中超声波传播速度，计算获得物体相对于起始位置的位移随时间的变化情况，也可以计算物体位移的速度、加速度随时间变化的情况。

参见图2，是本实用新型中的一个实施例的电路原理图。微处理器单元5连接驱动电路单元3，微处理器单元5是LPC2141型号，驱动电路单元3由功能模块SPX1117、电阻R(18、19)、三极管T4组成，微处理器单元5启动驱动电路单元3，超声波发生器1发出超声波脉冲，被运动物体8反射到超声波接收器2，超声波接收器2将接收到的信号送到信号处理电路单元4中处理，经过其中的放大电路、积分电路与整形电路处理，再由微处理器单元5送到计算机6中计算分析，再到多媒体大屏幕装置7上显示。整个电路的连接关系如图2所示，集成块IC1是LM393，三极管T1、T2、T3、T4是9016；电阻R1＝680Ω，R2＝100K，R3＝1K，R4＝680Ω，R5R6R10调整确定，R7＝22K，R8＝4.7K，R9＝680Ω，R11＝6.8K，R12＝4.3K，R13＝R14＝10K，R15＝100K，R16＝R17＝680Ω，R18＝R19＝10K，R20＝510K，R21＝10K，R22＝R23＝33Ω；电容C1＝C3＝C7＝0.15μf，C2＝C4＝4.7μf，C6＝C8＝10μf，B1—B2是40KHZ超声波转换器。