[发明专利]一种超声波压强可视化演示仪

说明书

本发明属教学实验设备技术领域，具体为一种超声波压强可视化演示仪。本演示仪由超声波声源、声压演示、电源三部分组成。其中声源由超声波换能器阵列及支架组成，超声波阵列由超声波换能器密集排列而成；声压演示体是用悬挂在支架上的轻薄片状物体的倾斜角度来体现，电源由信号源和功率放大器组成。实验中，将电源与超声波阵列连接，组成波源的各换能器间超声波相互叠加，发射强度较高、指向性好的超声波，当超声波传到薄片处，由波动压强的作用，薄片将呈倾斜漂浮状，这是被超声波的压强推动的结果。波的强度越大，纸片倾斜的角度越大，借此将声波压强的存在展示出来。本仪器体积小，携带方便，将微观过程宏观化，趣味性强，适合课堂演示。

技术领域

本发明属于教学实验设备技术领域，具体涉及一种超声波压强演示仪。

背景技术

声波有压强，这个特性有广泛的应用，但由于可听声携带能量小，课堂上无法让学生对这个知识点有直观的了解。如何让学生很好的理解和记住这个知识点，一直以来，这是物理教学中的一个难点。

本发明设计的仪器用超声波换能器组成阵列，利用各换能器间的声波叠加，大大加强声波能量，从而可在声波传播路径上推起较轻物体（纸片、泡沫片等），通过物体倾斜的角度，可定性演示出声波压强的存在以及波动的强弱。本仪器在中学、大学物理课堂上均可使用，且效果震撼，说服力强、印象深刻，填补了教学演示中的空白。

发明内容

本发明的目的是提供一种体积小、携带方便、操作简单，稳定性好、趣味性强的声波压强演示仪，可以在课堂上清晰、明了的演示声波压强的存在。

本发明提供的声波压强演示仪，其结构如图1所示，由超声波声源1、声压演示体2、电源3三部分组成。其中：

所述超声波声源，如图2所示，声源由超声波换能器阵列4及支架5组成，超声波换能器组阵采用40kHz的小型超声波换能器，紧密排列呈圆形阵列或六边形矩阵；支架采用硬质材料，将超声波换能器阵列支起高出桌面18-25cm。

所述声压演示体，如图3，由演示物6及用于悬挂演示物的支架7组成，演示物为轻薄的片状物体（如纸张、泡沫板、丝绸等），以一定倾斜角度来体现，面积略小于超声波换能器阵列，支架7亦采用硬质材料，高度要使得演示物的高度与换能器阵列上端的高度近似或相等，用于固定演示物体。

所述电源，由信号源和功率放大器组成，用于向换能器阵列提供40kHz的电信号；强度连续可调。

实验中，将电源与超声波阵列连接，阵列放在一个支架上，组成波源的各换能器间超声波相互叠加，发射强度较高，指向性好的超声波，在阵列正前方的支架上，垂直悬挂轻薄片状演示物，当超声波传到薄片所在处，由于波动压强的作用，薄片将呈倾斜漂浮状，这是被超声波的压强推动的结果。波的强度越大，纸片倾斜的角度越大，借此将声波压强的存在展示出来。

本声压演示仪采用超声波换能器组阵，获得了强度较高的波列，从而为压强的可视化提供条件。本声压演示仪采用轻质材料的薄片来演示声压的存在，使得实验现象生动有趣，有说服力。 实验中，通过调节电源输出的大小，即可改变输出波的强度，波动越强，演示物体的倾斜角度越大，从而定性说明声波压强的存在，以及压强的大小与声波振幅有关。

本仪器体积小，携带方便、操作简便，稳定性好，将微观过程宏观化，趣味性强，适合携带到课堂作随堂演示。

附图说明

图1为本声压演示仪结构图。

图2为超声波波源结构图。

图3为演示部分结构图。

图中标号：1为超声波波源，2为声压演示，3为电源，4为超声波换能器阵列，5为超声波换能器阵列支架，6为演示物体，7为演示物支架。

具体实施方式

声波压强演示仪结构如图1所示，其由超声波声源1、声压演示2、电源3等三部分组成。其中：