[发明专利]一种接收换能器角度可变的声速测定仪及其使用方法

说明书

一种接收换能器角度可变的声速测定仪及其使用方法，它涉及一种测量最佳谐振频率和超声波声速实验装置，以解决现有最佳谐振频率和超声波声速实验测量方法测量结果误差较大的问题。包括有前固定杆和后固定杆固定连接的左支架和右支架，固定于左支架和右支架之间的刻度尺，平行设置于刻度尺下方的滑轨和螺杆，套装在滑轨和螺杆螺纹上的滑块，固定在滑轨上且套装在螺杆非螺纹段的固定块，位于右支架外侧且与螺杆连接的手轮，安装在固定块和滑块上的发射换能器和接收换能器，以及角度调节旋钮。本发明用于测量压电换能器最佳谐振频率和降低相位法超声波声速测量误差。

技术领域

本发明涉及物理实验装置，具体是一种接收换能器角度可变的声速测定仪及其使用方法。

背景技术

通过声速测量可以获得被测物质的性质、状态及速度变化，广泛应用于测距、液体流速、定位、弹性模量等方面。声速测量实验也是物理实验中一个非常经典的综合性实验。在声速测量实验教学中，一般先确定好压电换能器的最佳谐振频率，在不改变压电换能器驱动频率条件下，再利用共振法或相位比较法确定波长。 为了获得非常强的声波信号，发射端压电换能器和接收端压电换能器的端面保持平行，另外共振法测波长时两压电换能器端面平行也有利于保证明显的驻波共振现象，因此现有物理实验中的声速测定仪发射端压电换能器和接收端压电换能器的端面保持平行且角度保持固定。但是由于发射端和接收端的相互平行固定设置会在实验过程中导致两个明显问题：（1）两压电换能器相互平行设置使得驻波共振效应干扰最佳谐振频率点测定，现有实验仪器获得的所谓最佳谐振频率实质是共振效应以及换能器谐振频率的综合结果（高等函授学报,第25卷,第4期,2012年,页码:75-77），并不是换能器真实的最佳谐振频率点；（2）在利用相位比较法获得声波波长过程中，由于两压电换能器相互平行，会有很强的反射波到达接收端，从而干扰相位的测量，增大了声速测定仪的测量误差。因此，为便于压电换能器最佳谐振频率的测量以及降低相位法声速测量误差，迫切需要一种接收换能器角度可变的声速测定仪。

发明内容 本发明的目的是提供一种接收换能器角度可变的声速测定仪及其使用方法，以解决现有物理实验中声速测定仪在压电换能器最佳谐振频率测量以及相位法声速测量方面存在的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种接收换能器角度可变的声速测定仪，包括有左支架、右支架、刻度尺、前固定杆、后固定杆、螺杆、滑轨、固定块、滑块、手轮、发射换能器、接收换能器、角度调节旋钮。前固定杆和后固定杆固定连接左支架和右支架，刻度尺固定于左支架和右支架之间；为了保证滑块运动始终在一水平线上平移，滑轨和螺杆平行设置于刻度尺下方且滑轨位于螺杆下方；滑块套装在滑轨和螺杆螺纹上，固定块固定在滑轨上且套装在螺杆非螺纹段，手轮位于右支架外侧且与螺杆连接，发射换能器和接收换能器分别安装在固定块和滑块上，且接收换能器的角度可由角度调节旋钮调整。调节手轮可以改变滑块和接收换能器的位置，角度调节旋钮可以改变接收换能器的角度，从而控制反射波对接收换能器测量的影响。

一种所述的接收换能器角度可变的声速测定仪的使用方法，包括以下步骤：

S1、根据不同的测试目的，调节角度调节旋钮使发射换能器和接收换能器的端面成N度角，N=0或不为0；

S2、获取驱动信号频率或者刻度尺读数。

优选地，当压电换能器最佳谐振频率测试时，调节角度调节旋钮使N不为0，即发射换能器和接收换能器的端面不平行，且当通过手轮移动接收换能器的位置时，接收换能器的电信号幅度不会随着发射换能器和接收换能器距离改变而周期性变化；随后调节发射换能器的驱动电信号频率，通过观察接收换能器连接的示波器，当示波器中电信号幅度最大时，此时的驱动信号频率即为压电换能器的最佳谐振频率。