本实用新型专利技术涉及声速测试装置的技术领域，尤其涉及一种利用手机实现驻波法测声速的装置，包括支撑架、固定于支撑架的空气管、设置于空气管一端的声波接收处理器、设置于空气管另一端的活塞、与活塞连接的驱动装置和声波发生器，所述驱动装置设置有刻度尺，所述声波接收处理器和声波发生器均为手机。本实用新型专利技术利用手机作为传感器和处理器，该装置操作简单方便，可以大大降低数据处理工作量，测量误差在1％以内；本装置是用手轮而不是直接移动活塞改变空气柱长度，即：通过摇动手轮带动丝杆、活塞，改变空气柱长度，操作简便，均速移动活塞，极大提高测量准确度。极大提高测量准确度。极大提高测量准确度。
【技术实现步骤摘要】
一种利用手机实现驻波法测声速的装置
[0001]本技术涉及声速测试装置的
，尤其涉及一种利用手机实现驻波法测声速的装置。
技术介绍
[0002]目前，大学物理测声速实验主要是用超声波测速仪。传统的声速测量用驻波法或相位法测波长，示波器测频率，操作复杂，容易出错，测量数据手工处理，计算量大；而本装置只需要两部手机，分别用手机上的Phyphox软件作为传感器和Spectrum软件收集并处理数据，空气柱活塞移动通过摇动手轮来控制，使声速测量操作更简便。
[0003]现有的基于手机app测声速方案只能进行声速的测量，没有考虑外界环境变化对声速的影响。本实验装置通过用单片机控制电热丝温度变化，将电热丝捆绑在空气柱外进行加热，考虑了温度对声速的影响。此外，本装置里空气筒中活塞是可以替换的，通过在活塞平面上覆盖金属片或木片等其他材料，探讨不同材质的反射面对声速的影响。
技术实现思路
[0004]本技术的目的在于提供一种利用手机实现驻波法测声速的装置，利用手机作为传感器和处理器，该装置操作简单方便，可以大大降低数据处理工作量，测量误差在1％以内。
[0005]本技术采用如下技术方案：一种利用手机实现驻波法测声速的装置，包括支撑架、固定于支撑架的空气管、设置于空气管一端的声波接收处理器、设置于空气管另一端的活塞、与活塞连接的驱动装置和声波发生器，所述驱动装置设置有刻度尺，所述声波接收处理器和声波发生器均为手机。
[0006]优选地，所述驱动装置包括固定于支撑架的梯形丝杆、与梯形丝杆配合的螺母、与螺母固定的游标卡尺，所述游标卡尺的滑块与螺母相连，所述游标卡尺的深度尺与活塞相连。
[0007]优选地，所述梯形丝杆的顶端设置有手轮。
[0008]优选地，所述空气管外侧缠绕有电加热丝，所述空气管内设置有温度探头，所温度探头和加热丝通过单片机电性连接。
[0009]优选地，所述空气管为石英管。
[0010]本技术的效果为：1、利用手机作为传感器和处理器，该装置操作简单方便，可以大大降低数据处理工作量，测量误差在1％以内。
[0011]2、由于空气柱中的活塞是可以替换的，本装置可以通过在活塞平面上覆盖金属片或木片等其他材料，探讨不同材质的反射面对声速的影响。
[0012]3、本装置是用手轮而不是直接移动活塞改变空气柱长度，即：通过摇动手轮带动丝杆、活塞，改变空气柱长度，操作简便，均速移动活塞，极大提高测量准确度。
附图说明
[0013]图1为本技术的结构示意图。
[0014]附图中的标记为：1、支撑架；2、空气管；3、声波接收处理器；4、活塞；5、驱动装置；51、梯形丝杆；52、螺母；53、游标卡尺；54、手轮；6、声波发生器；7、加热丝；8、温度探头；9、单片机。
具体实施方式
[0015]下面结合附图和实施例对本技术作进一步的说明，但并不作为对本技术限制的依据。
[0016]由图1所示，一种利用手机实现驻波法测声速的装置，包括支撑架1、固定于支撑架1的空气管2、设置于空气管2一端的声波接收处理器3、设置于空气管2另一端的活塞4、与活塞4连接的驱动装置5和声波发生器6，所述声波接收处理器3和声波发生器6均为手机。
[0017]本技术的装置，使用时，驱动装置5驱动活塞4位于不同的位置，改变空气柱的长度，并通过刻度尺读出活塞4的进程，通过充当声波发生器6的手机发出固定频率的声波，通过充当声波接收器的手机接收声波并以图表的形式将声波的振幅可视化。
[0018]在充当声波发生器6的手机上安装phyphox软件作为音频发生器，产生不同频率的声波。phyphox app是一款功能非常强大的传感器软件。通过phyphox可直接获取且通过其分析数据，定义实验，检测数据一键分享出去等。本实验中设置起止频率范围在100HZ～8000HZ间，根据操作需要设置恒定频率。充当声波接收器的手机作为波谱仪，其上安装Spectrum软件，用户显示声波振幅的变化。Spectrum是一款音频频谱分析软件，可分析采集到的声波数据，以频谱图的形式展现出来，可以实时显示分贝，频率等声波相关的数据，还可以记录声波的峰值；当声音在空气管2内振动满足驻波形成条件时，波谱仪检测到最大振幅，此时波谱仪上的图像有一个柱形与黄线平齐，图像固定不变。实验时，将PEAKS模式调整为Hold，GRAPH模式调整为Bars。
[0019]本实施例中，所述驱动装置5包括固定于支撑架1的梯形丝杆51、与梯形丝杆51配合的螺母52、与螺母52固定的游标卡尺53，所述游标卡尺53的滑块与螺母52相连，所述游标卡尺53的深度尺与活塞4相连，使声波在空气管2内形成驻波。
[0020]本实施例中，所述梯形丝杆51的顶端设置有手轮54。
[0021]本实施例中，所述空气管2外侧缠绕有电加热丝7，所述空气管2内设置有温度探头8，所温度探头8和加热丝7通过单片机9电性连接。
[0022]通过温度探头8实时监控空气管2的温度，通过加热丝7对空气管2进行加热，温度探头8将实时温度反馈给单片机9，单片机9通过反馈的温度控制电热丝加热与否。
[0023]本实施例中，所述空气管2为石英管，活塞4为具有反射面材料的活塞4。
[0024]梯形丝杆51上的螺母52通过金属连接杆与游标卡尺53的滑块相连，而游标卡尺53的深度尺又与活塞4连接，塞在玻璃管中，通过旋转梯形丝杆51控制空气管2中空气柱的长度，旋转梯形丝杆51上的手轮54，可以控制游标卡尺53滑块的升降，进而控制活塞4在空气管2内的移动，达到改变空气柱长度的目的。游标卡尺53的深度尺与空气管2内活塞4连接，用来改变玻璃管内空柱的长度，长度可直接在游标卡尺53上读出。
[0025]本技术的装置通过旋转梯形丝杆51的手轮54，控制游标卡尺53的滑块、活塞4
移动，进而改变空气管2中空气柱的长度；空气柱长度改变的过程中，在充当声波接收器的手机上观察声波的振幅的变化，当达到最高点时停止旋转手轮54，记录此时游标卡尺53的读数。接着继续旋转手轮54，记录每次声音达到最高点的游标尺卡尺的读数，将相邻两次的读数相减即可得半波长。
[0026]本实验是基于驻波法测声速的原理设计的：一列固定频率声波在一端密闭的管内传波，在某个长度的管口与其发射波叠加，此时的管口为波腹，即声音最大或最小的位置。相邻的两波峰之间的距离即为半波长。
[0027]驻波方程：
[0028]y1＝Acos(ωt
‑
kx+β1)
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0029]y2＝Acos(ωt
‑
kx+β2)
ꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0030]其中
[0031]则合成的波为：
[0032]由波腹的定义，波腹所处的位置满足max{y(x，t)}＝2A，
[0033]即|cos(kx+(β2
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种利用手机实现驻波法测声速的装置，其特征在于：包括支撑架、固定于支撑架的空气管、设置于空气管一端的声波接收处理器、设置于空气管另一端的活塞、与活塞连接的驱动装置和声波发生器，所述驱动装置设置有刻度尺，所述声波接收处理器和声波发生器均为手机。2.根据权利要求1所述的利用手机实现驻波法测声速的装置，其特征在于：所述驱动装置包括固定于支撑架的梯形丝杆、与梯形丝杆配合的螺母、与螺母固定的游标卡尺，所述游标卡尺的...
【专利技术属性】
技术研发人员：李君妍，王蒋煜，刘骏杰，周鑫鹏，樊云辉，戴润泽，
申请(专利权)人：湖北第二师范学院，
类型：新型
国别省市：
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