一种高精度自动声速测量演示仪制造技术

本实用新型专利技术涉及一种高精度自动声速测量演示仪，模拟信号采集器的表面安装有测量尺，测量尺的上端安装有滑轨，滑轨上分别安装有第一滑行车和第二滑行车；第一滑行车上安装有发生喇叭，发生喇叭与信号源仪相连接，第二滑行车上安装有拾音喇叭，拾音喇叭与波形及数据显示器相连接，信号源仪安装在滑轨的左侧，波形及数据显示器安装在滑轨的右侧。该高精度自动声速测量演示仪对手动调节和观测过程的一些大学物理实验进行了改进、研究，发挥单片机在实验数据的实时采集、记录、分析等方面特有的优势，显示出了在使用中的方便性、灵活性、广泛性，取得了很好的教学效果。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于物理实验设备
，尤其涉及一种高精度自动声速测量演示仪。
技术介绍
目前，大学物理声速测量实验中，学生需要手动重复地测量大量的数据，测量过程较长，观测过程中误差过大。同时仪器的工作状态在长时间测量中也常常发生变化，测量过程中发生装置和拾音装置之间的距离固定不变，造成测量数据误差较大、重复性变差。
技术实现思路
本技术为解决物理声速测量实验手动重复地测量过程较长，观测过程中测量过程中发生装置和拾音装置之间的距离固定不变，误差过大，重复性变差的技术问题而提供一种结构简单、安装使用方便、提高工作效率的高精度自动声速测量演示仪。本技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：该高精度自动声速测量演示仪包括：模拟信号采集器、测量尺、滑轨、第一滑行车、发声喇叭、信号源仪、第二滑行车、拾音喇叭、波形及数据显示器；模拟信号采集器的表面安装有测量尺，测量尺的上端安装有滑轨，滑轨上分别安装有第一滑行车和第二滑行车；第一滑行车上安装有发生喇叭，发生喇叭与信号源仪相连接，第二滑行车上安装有拾音喇叭，拾音喇叭与波形及数据显示器相连接，信号源仪安装在滑轨的左侧，波形及数据显示器安装在滑轨的右侧。本技术还采取如下技术措施：所述的信号源仪包括变压器、稳压器、波形发生器、功放器；变压器与稳压器相连接，稳压器与波形发生器相连接，波形发生器与功放器相连接。所述的功放器采用音频信号放大器。所述的发声喇叭和拾音喇叭均采用金属膜全频喇叭。所述的波形及数据显示器内部安装有容栅式传感器，容栅式传感器输出的电容信号经过容栅集成芯片的处理转化为数字信号输出；容栅集成芯片上连接有电源线、地线、时钟控制线和串行数据输出线。本技术具有的优点和积极效果是：该高精度自动声速测量演示仪通过第一滑行车和第二滑行车可改变发声喇叭与拾音喇叭之间的距离，方便测量，对手动调节和观测过程的一些大学物理实验进行了改进、研究，发挥模拟信号采集器在实验数据的实时采集、记录、分析等方面特有的优势，显示出了在使用中的方便性、灵活性、广泛性，取得了很好的教学效果。在确保物理实验基本原理、满足物理实验基本要求的前提下，显著提高了物理实验教学的整体质量，使学生有较多的时间针对自身的需要重复进行某些实验环节的操作，以此来加深理解。同时该高精度自动声速测量演示仪的应用不仅丰富了物理实验课程的内容，又有助于物理实验教学的研究，对物理测量实验起到了良好的促进作用。附图说明图1是本技术实施例提供的高精度自动声速测量演示仪的结构示意图；图2是本技术实施例提供的模拟信号采集器的电路图；图3是本技术实施例提供的波形及数据显示器输出脉冲时序图；图中：1、模拟信号采集器；2、测量尺；3、滑轨；4、第一滑行车；5、发声喇叭；6、信号源仪；7、第二滑行车；8、拾音喇叭；9、波形及数据显示器。具体实施方式为能进一步了解本技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。请参阅图1至图3所示：该高精度自动声速测量演示仪包括：模拟信号采集器1、测量尺2、滑轨3、第一滑行车4、发声喇叭5、信号源仪6、第二滑行车7、拾音喇叭8、波形及数据显示器9；模拟信号采集器1的表面安装有测量尺2，测量尺2的上端安装有滑轨3，滑轨3上分别安装有第一滑行车4和第二滑行车7；第一滑行车4上安装有发生喇叭，发生喇叭与信号源仪6相连接，第二滑行车7上安装有拾音喇叭8，拾音喇叭8与波形及数据显示器9相连接，信号源仪6安装在滑轨3的左侧，波形及数据显示器9安装在滑轨3的右侧。所述的信号源仪6包括变压器、稳压器、波形发生器、功放器；变压器与稳压器相连接，稳压器与波形发生器相连接，波形发生器与功放器相连接。所述的功放器采用音频信号放大器。所述的发声喇叭5和拾音喇叭8均采用金属膜全频喇叭。所述的波形及数据显示器9内部安装有容栅式传感器，容栅式传感器输出的电容信号经过容栅集成芯片的处理转化为数字信号输出；容栅集成芯片上连接有电源线、地线、时钟控制线和串行数据输出线。波形及数据显示器9内部安装有容栅式传感器，容栅式传感器输出的电容信号经过容栅集成芯片的处理转化为数字信号输出；容栅集成芯片上连接有电源线(+1.5V)、地线(0V)、时钟控制线(CLK)和串行数据输出线(Date)。完成对数显卡尺进行采集通过单片机4处理，并通过显示屏输出。信号源仪6采用单片集成芯片式函数发生器，能产生多种波形，达到较高的频率、精度高且易于调试，通过芯片产生需要的大小可调的方波，应用在声速测量过程中，在没有影响到实验效果的前提下简化了实验仪器。滑轨3上安装有第一滑行车4和第二滑行车7，通过调节第一滑行车4和第二滑行车7的距离可改变发声喇叭5与拾音喇叭8之间的测试距离，发声喇叭5发出声音后通过拾音喇叭8进行收集，模拟信号采集器1对信号进行取样、保持和量化、编码几个过程后转换为数字格式，模拟信号采集器1内安装有STM32单片机，STM32单片机基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex-M3内核微控制器，采用经典的MCS-51内核，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。工作电压：5.5～3.3V(5V单片机)/3.8～2.0V(3V单片机)工作频率范围：0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHZ，用户应用程序空间为8k字节。高精度自动声速测量演示仪的软件部分包括：主程序、频率调节、波形显示、容栅卡尺处理显示、定时器（T0）中断服务、接收数据处理等子程序及显示程序七个程序，各程序功能如下：主程序主要完成初始化及闭环不间断动态扫描显示程序，在执行显示程序的任何时刻，允许响应来自INT0，T0、T1的中断；INT0中断服务程序，主要完成对传输数据的接收；T1中断服务程序完成单片机4与AD芯片之间的通信。整个设计要求达到的控制功能。对数显卡尺的数据采集后我们发现由表1、2可以看出，正数标定的系数为非常数；而负数的标定系数为常数。进一步观察可以发现，传感器输出的相对数据为正数时，二进制最高位都是“1”，负数的最高位都是“0”，如果给正数二进制取反，那么就会得到表3中的数据。表1数显卡尺直接读取的传感器的相对数据(正数)表2数显卡尺直接读取的传感器的相对数据(负数)表3对正数的相对数据取反后的数据与传统数据记录进行对比，采用该高精度自动声速测量演示仪进行试验数据的采集使得该实验方便简单，避免了一定的误差，节约了时间。并且让学生能够更加直接的看到声速实验的特性曲线，加深对于实验的理解。该高精度自动声速测量演示仪基于传统的声速测量实验，合理的设计增强了仪器可靠性。充分利用模拟信号采集器1的数值计算、数据传输、实时控制、图形显示等功能，使大学物理实验教学更丰富高效。该高精度自动声速测量演示仪相较于传统物理实验的声速测量装置而言，具备自动测量，误差小测量更精确，体积小巧等特点。仪器的设计合理，各组件在完成功能的前提下尽可能的降低成本。除了可以应用在此实验演示仪器上，系统具备普适的特点，可以应用在其他信号处理的实验中。以上所述仅是对本技术的较佳实施例而已，并非对本技术作任何形式上的限制，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度自动声速测量演示仪，其特征在于，该高精度自动声速测量演示仪包括：模拟信号采集器、测量尺、滑轨、第一滑行车、发声喇叭、信号源仪、第二滑行车、拾音喇叭、波形及数据显示器；模拟信号采集器的表面安装有测量尺，测量尺的上端安装有滑轨，滑轨上分别安装有第一滑行车和第二滑行车；第一滑行车上安装有发生喇叭，发生喇叭与信号源仪相连接，第二滑行车上安装有拾音喇叭，拾音喇叭与波形及数据显示器相连接，信号源仪安装在滑轨的左侧，波形及数据显示器安装在滑轨的右侧。

【技术特征摘要】
1.一种高精度自动声速测量演示仪，其特征在于，该高精度自动声速测量演示仪包括：模拟信号采集器、测量尺、滑轨、第一滑行车、发声喇叭、信号源仪、第二滑行车、拾音喇叭、波形及数据显示器；模拟信号采集器的表面安装有测量尺，测量尺的上端安装有滑轨，滑轨上分别安装有第一滑行车和第二滑行车；第一滑行车上安装有发生喇叭，发生喇叭与信号源仪相连接，第二滑行车上安装有拾音喇叭，拾音喇叭与波形及数据显示器相连接，信号源仪安装在滑轨的左侧，波形及数据显示器安装在滑轨的右侧。2.如权利要求1所述的高精度自动声速测量演示仪，其特征在于，所述的信号源仪包括变压器...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭洪岩，安辉，郝士文，
申请(专利权)人：滨州学院，
类型：新型
国别省市：山东;37