一种全自动相位差法声速测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种全自动相位差法声速测量装置，通过数据采集卡采集相位差检测模块输出的电压信号，相位差检测模块将声波接收器产生的电信号与信号源输出的电信号之间的相位差数字化，由单片机和步进电机驱动器控制步进电机的转动，利用步进电机带动丝杠转动，从而实现声波接收器的运动，以达到对各点相位差大小的自动测量；同时在获得数据后，将不同位置的相位差绘制成二维直角坐标图，从而得到直观的相位差变化与接收器位置关系图。与现有技术相比，本实用新型专利技术消除了回程误差的影响，声波接收器的移动和数据的采集均实现了自动化，提高了测量的效率，可绘出相位差变化与接收器位置的关系图，测量速度快，精度高，操作简单。

A full automatic phase difference method for measuring sound velocity

The utility model discloses an automatic phase difference method sound speed measuring device, which collects the voltage signal output by the phase difference detection module through a data acquisition card, and digitizes the phase difference between the electric signal produced by the acoustic receiver and the electric signal output by the signal source by the phase difference detection module, which is controlled by a single chip microcomputer and a stepper motor driver. Control the rotation of the stepper motor, use the stepper motor to drive the screw rotation, so as to achieve the movement of the acoustic receiver, to achieve the automatic measurement of the size of the phase difference of each point; at the same time, after obtaining the data, the phase difference of different positions is drawn into two-dimensional rectangular coordinate map, so as to obtain intuitive phase difference changes and receiver position. Relationship diagram. Compared with the prior art, the utility model eliminates the influence of the return error, realizes the automation of the movement of the acoustic receiver and the collection of the data, improves the measuring efficiency, draws the relation diagram between the change of the phase difference and the position of the receiver, and has the advantages of fast measuring speed, high precision and simple operation.

【技术实现步骤摘要】
一种全自动相位差法声速测量装置
本技术涉及教学实验仪器领域，具体涉及一种全自动相位差法声速测量装置。
技术介绍
目前，大学物理实验中的声速测量方法主要有两种：驻波法（也叫共振干涉法）和相位比较法。由于相位比较法更准一些，所以，现在的实验教学中一般都采取了相位比较法。相位比较法是将信号源的信号利用分支器一分为二，一路直接给示波器的一个通道，另一路给声波发射器，将声波接收器产生的信号接示波器的另一个通道，然后将示波器调整到X-Y工作状态，得到李莎如图形。改变接收器位置，则接收器产生的信号的位相开始变化。假设在某一位置，两路信号的相位差是的整数倍，则李莎如图形是一三象限的一条直线。由于沿着波传播的方向，每走一个波长，位相改变，一三象限的直线就重复出现一次。将出现一三象限直线的接收器位置记录下来，相邻两个位置的间隔就是波长，有了波长，再乘以频率就得到波速。这种方法就是相位比较法，其优点是形象、直观，缺点是李萨如图形为直线的位置不易确定准确，有可能椭圆的两边没有重合到最好，稍一调节，可能就过了，往回调会有空程差，不往回调又不准确，陷入两难境地。为改进相位比较法的缺陷，让相位比较法成为一种即简单又准确的声速测量方法，有必要研制一种全自动相位差法声速测量装置。
技术实现思路
针对上述缺陷，本技术的目的是提供一种全自动相位差法声速测量装置，能将相位差数字化，从根本上消除回程差，提高数据采集的效率。为达到上述目的，本技术采用的技术方案是：一种全自动相位差法声速测量装置，包括数据采集系统、上位机控制器、声波接收器及移动装置，所述数据采集系统包括信号发生器，所述信号发生器连接有声波发射器，声波发射器发出的声波由声波接收器接收，所述声波接收器连接有相位差检测模块，所述相位差检测模块连接有数据采集卡，且所述相位差检测模块和所述数据采集卡分别连接有电源Ⅰ和电源Ⅱ，所述数据采集卡还连接有上位机控制器；所述上位机控制器通过一双向转换器与所述数据采集卡实现信号相互传递；所述声波接收器包括单片机，所述上位机控制器与所述单片机相连，所述单片机连接有电机驱动器，所述电机驱动器也与所述电源Ⅱ相连，且所述电机驱动器上连接有步进电机；所述移动装置包括一底座，所述底座内部分别设有丝杠和导轨，所述步进电机设在所述底座外部，与所述丝杠相连，所述丝杠上套接有滑块，所述声波接收器固定在所述滑块上部，所述滑块下部设在所述导轨上，所述底座内部还设有固定座，所述声波发射器设在所述固定座上，所述声波接收器和所述声波发射器的法线方向与所述丝杠轴向平行，且所述声波接收器和所述声波发射器的设置高度相同；信号发生器输出端接一个分支器，将输出信号一分为二，一路与声波发射器相连，另一路与相位差检测模块的INPB和GND相连。所述声波接收器输出端具有的芯线和屏蔽线分别与所述相位差检测模块的一个输入端具有的INPA和GND相连。所述相位差检测模块输出端具有的PHASE和GND分别与所述数据采集卡输入端具有的AIN1和ACOM相连。所述数据采集卡输出端具有的485G、485A+及485B-分别与所述双向转换器输入端具有的GND、T/R+及T/R-相连。本技术以上位机控制器为核心，通过相位差检测模块将信号源信号与声波接收器产生的电信号之间的相位差数字化，通过数据采集卡采集相位差检测模块的电压值，通过单片机和步进电机驱动器控制步进电机的转动，利用步进电机带动丝杠转动，从而实现声波接收器的运动，以达到对声波接收器在不同点产生的电信号与信号源信号之间相位差的自动测量；同时在获得数据后，将相位差与声波接收器位置的关系绘制成二维直角坐标图，测试完毕后，数据和图片可以保存和输出。本技术利用步进电机带动丝杠以实现声波接收器的移动，不仅代替人工实现了声波接收器的移动，而且容易准确地确定声波接收器的位置。本技术利用相位差检测模块将信号源信号与声波接收器产生的电信号之间的相位差转变为直流电压，实现了相位差的数字化，便于采集和分析，难度小，效果直观。本技术利用数据采集卡采集相位差检测模块输出的直流电压信号，数据采集卡上的输出端通过双向转换器与上位机控制器相连，不仅电路简单，成本低，而且保证了较高的数据采集效率。本技术的有益效果是：本技术采用所述相位差检测模块将信号源信号与声波接收器产生的电信号之间的相位差数字化，利用上位机控制器连接的所述数据采集卡直接测量相位差检测模块输出的直流电压，可以精确测量相位差，从根本上消除了回程误差，消除了实验中的人为误差，极大地提高了采集数据点的效率；采集到的相位差数据可以实时绘出相位差与接收器位置的关系图，而且能保存、输出数据和图像以供进一步分析和研究使用。附图说明下面结合附图及实施例，对本技术的结构及特征做进一步说明。图1是本技术的方框原理图。图2是所述声波接收器移动装置的结构示意图。图3是相位差与声波接收器位置关系图。图2中，1.声波接收器，2.滑块，3.底座，4.固定块，5.步进电机，6.声波发射器，7.导轨，8.丝杠。具体实施方式参看图1、2，一种全自动相位差法声速测量装置，包括数据采集系统、上位机控制器、声波接收器及移动装置，所述数据采集系统包括信号发生器，所述信号发生器连接有声波发射器6，声波发射器6与声波接收器1正对，所述声波接收器1连接有相位差检测模块，所述相位差检测模块连接有数据采集卡，且所述相位差检测模块和所述数据采集卡分别连接有电源Ⅰ和电源Ⅱ，所述数据采集卡与上位机控制器相连；所述上位机控制器通过一个RS485转232双向转换器与所述数据采集卡实现信号相互传递；所述声波接收器包括单片机，所述上位机控制器与所述单片机相连，所述单片机连接有电机驱动器，所述电机驱动器也与所述电源Ⅱ相连，且所述电机驱动器上连接有步进电机5；所述移动装置包括一底座3，所述底座内部分别设有丝杠8和导轨7，所述步进电机设在所述底座外部，与所述丝杠相连，所述丝杠上套接有滑块2，所述声波接收器固定在所述滑块上部，所述滑块下部设在所述导轨上，所述底座内部还设有固定块4，所述声波发射器设在所述滑块上，所述声波接收器和所述声波发射器的法线方向与所述丝杠轴向平行，且所述声波接收器和所述声波发射器的设置高度相同。进一步地，所述声波接收器输出端具有的芯线和屏蔽线分别与所述相位差检测模块输入端INPA的芯线和屏蔽线相连；所述信号源的输出端接分支器，一路信号线与声波发射器相连，另一路信号线的芯线和屏蔽线分别与所述相位差检测模块输入端INPB的芯线和屏蔽线相连。所述相位差检测模块输出端具有的PHASE和GND分别与所述数据采集卡输入端具有的AIN1和ACOM相连。所述数据采集卡输出端具有的485G、485A+及485B-分别与所述R485转232双向转换器的输入端具有的GND、T/R+及T/R-相连。附图1中，需要探测的声波场分布在声波发射器和声波接收器之间，将声波发射器固定在导轨上，声波发射器的法线方向与丝杠的轴向平行；将声波接收器固定在滑块上，声波接收器与声波发射器共轴。利用单片机给步进电机驱动器发送脉冲，由步进电机驱动器驱动步进电机转动，步进电机带着丝杠转动，则滑块沿着声波发射器和声波接收器的轴线方向运动。这样声波接收器就沿着丝杠的轴向扫描，就本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全自动相位差法声速测量装置，包括数据采集系统、上位机控制器、声波接收器及移动装置，所述数据采集系统包括信号发生器，所述信号发生器连接有声波发射器，声波发射器发出的声波由声波接收器接收，所述声波接收器连接有相位差检测模块，所述相位差检测模块连接有数据采集卡，且所述相位差检测模块和所述数据采集卡分别连接有电源Ⅰ和电源Ⅱ，所述数据采集卡还连接有上位机控制器；所述上位机控制器通过一双向转换器与所述数据采集卡实现信号相互传递；所述声波接收器包括单片机，所述上位机控制器与所述单片机相连，所述单片机连接有电机驱动器，所述电机驱动器也与所述电源Ⅱ相连，且所述电机驱动器上连接有步进电机；所述移动装置包括一底座，所述底座内部分别设有丝杠和导轨，所述步进电机设在所述底座外部，与所述丝杠相连，所述丝杠上套接有滑块，所述声波接收器固定在所述滑块上部，所述滑块下部设在所述导轨上，所述底座内部还设有固定座，所述声波发射器设在所述固定座上，所述声波接收器和所述声波发射器的法线方向与所述丝杠轴向平行，且所述声波接收器和所述声波发射器的设置高度相同；信号发生器输出端接一个分支器，将输出信号一分为二，一路与声波发射器相连，另一路与相位差检测模块的INPB和GND相连。...

【技术特征摘要】
1.一种全自动相位差法声速测量装置，包括数据采集系统、上位机控制器、声波接收器及移动装置，所述数据采集系统包括信号发生器，所述信号发生器连接有声波发射器，声波发射器发出的声波由声波接收器接收，所述声波接收器连接有相位差检测模块，所述相位差检测模块连接有数据采集卡，且所述相位差检测模块和所述数据采集卡分别连接有电源Ⅰ和电源Ⅱ，所述数据采集卡还连接有上位机控制器；所述上位机控制器通过一双向转换器与所述数据采集卡实现信号相互传递；所述声波接收器包括单片机，所述上位机控制器与所述单片机相连，所述单片机连接有电机驱动器，所述电机驱动器也与所述电源Ⅱ相连，且所述电机驱动器上连接有步进电机；所述移动装置包括一底座，所述底座内部分别设有丝杠和导轨，所述步进电机设在所述底座外部，与所述丝杠相连，所述丝杠上套接有滑块，所述声波接收器固定在所述滑块上部，所述滑块下部设在所述导轨上，所述底座内部还...

【专利技术属性】
技术研发人员：石明吉，丁淑娟，王飞，
申请(专利权)人：南阳理工学院，
类型：新型
国别省市：河南,41