[发明专利]一种超声驻波悬浮力的测量方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声悬浮器中驻波悬浮力的测量方法与装置，属于测量领域。

背景技术

由于空间环境具有无容器、微重力、高真空等显著特征，有利于研究材料的凝固现象和流体现象，因此空间环境被人们用于材料的准备以及各种实验。在过去几十年中，虽然航天技术得到了飞速的发展，但进行空间试验的成本仍是十分昂贵。于是，在地面上模拟太空无容器效应的悬浮技术应运而生。声悬浮技术是地面和空间条件下实现材料无容器处理的悬浮技术之一，并且与其他悬浮技术相比，声悬浮具有以下优点：一是不受试样是否具有电磁学性质的限制，理论上可以悬浮起任何材料；二是悬浮与加热分别控制，可以避免过热产生的滴流现象；三是悬浮较稳定，容易控制。

随着声悬浮技术的发展，通过声悬浮方法，人们不仅实现了各种金属材料、非金属材料和有机材料的无容器处理，还实现了在液态物性参数的非接触测量、自由液滴的动力学研究、微剂量生物化学研究等方面的应用。

从1964年第一台声悬浮器的设计制作到现在，声悬浮器的悬浮能力得到了很大的提升，西北工业大学的解文军等人设计的声悬浮器悬浮起了地面上最重的固体铱。对于一台声悬浮器，其悬浮能力主要用其可以悬浮起的物体的最大密度来衡量，而没有对其悬浮能力进行精确的量化。

发明内容

本发明的目的是针对目前声悬浮器的悬浮能力没有量化这一问题，提出了一种可以精确测量驻波悬浮力的测量装置与方法，通过测出的声悬浮力的数值，对声悬浮器的悬浮能力进行量化。本发明采用杠杆原理，结构简单、容易操作，可以广泛的应用于声悬浮器中悬浮力的测量。

技术方案：本发明可分为两个部分：杠杆平衡部分和测力部分。

杠杆平衡部分：横梁8与刀座9形成刀撑，刀座9与底座7固接，底座7放置在可水平面内移动并且高度可调的平台10上，这样就可以测量小球在任意位置的悬浮力；螺纹杆5与横梁8固接，调平螺母6通过螺纹连接可在螺纹杆5上左右转动，小球4有一系列不同的尺寸，小球4上钻有螺纹，均可与螺纹杆5通过螺纹连接，这样就可以测量不同尺寸的小球在任意位置的悬浮力；细杆13与横梁8固接，与钻有螺纹的小球16通过螺纹连接；指针11与横梁8固接，分度盘12与刀座9固接，当指针11在分度盘12的中间位置时，横梁处于水平平衡状态。通过杠杆平衡部分，即可把小球16所受到的声悬浮力的测量，转化为小球4所受到的称重传感器的支撑力的测量。

测力部分：称重传感器3放置在可升降支撑台2上，通过改变可升降支撑台2的高度，其高度可调。通过测力部分，即可测得称重传感器对小球4的支撑力。

本发明的优点：

1、精确度高(取决于称重传感器的测量精度)，并且成本低，结构简单，容易操作。

2、可测出超声发射端与反射调节端之间不同体积的小球所受的声悬浮力。

3、可测出超声发射端与反射调节端之间任意位置处的声悬浮力。

附图说明

图1是超声悬浮力的测量装置的三维结构示意图。

图2是超声悬浮力的测量装置的二维结构示意图。

图1是超声悬浮力的测量装置的三维结构示意图，主要包括支撑架1、可升降支撑台2、称重传感器3、小球4、螺纹杆5、平衡螺母6、底座7、横梁8、刀座9、可升降平台10、指针11、分度盘12、细杆13、小球16。其中螺纹杆5与横梁8固接；调平螺母6通过螺纹连接可在螺纹杆5上左右转动；小球4上钻有螺纹，与螺纹杆5通过螺纹连接；称重传感器3放置于可升降支撑台2上，高度可调；指针11与横梁8固接；细杆13与横梁8固接，与小球16通过螺纹连接；分度盘12与刀座9固接；刀座9与底座7固接，与横梁8形成刀承；底座7放置于平台10上，平台10可水平面内移动且高度可变。

具体实施方式

本装置是超声悬浮力的测量装置，其结构参考图1和图2。将横梁8放置于刀座9上，刀座9与底座7固接，螺纹杆5、细杆13均固结在横梁8上，调平螺母6通过螺纹连接可在螺纹杆5上左右转动，小球4、小球16分别与螺纹杆5、细杆13螺纹连接，通过调节可升降支撑台2来调节称重传感器3的高度，称重传感器3与小球4接触，同时二者之间没有力的作用。这样就形成了一个完整的超声悬浮测力装置。

使用本装置测量超声驻波悬浮力时，具体造作步骤如下：

1、将小球16放置于超声发射端17与反射调节端15之间，要测量声悬浮力的位置处。

2、通过调节调平螺母6，使指针11处于分度盘12的中间位置，即：使横梁8处于水平平衡状态。