梯度溫度場中聲線彎曲演示實驗裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于實驗教學(xué)儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種梯度溫度場中聲線彎曲可視化演示實驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]人們對于聲線在非均勻介質(zhì)中的傳播進(jìn)行了大量研宄，特別是聲線在溫度梯度場中向溫度較低區(qū)域的彎曲傳輸現(xiàn)象，廣泛的存在于自然界。如專利號為ZL201010119797.9、發(fā)明名稱為《基于聲線彎曲傳輸原理的管道消聲》的中國發(fā)明專利。
[0003]聲作為機(jī)械波，在空氣中的傳輸具有不可視性，即聲線的彎曲現(xiàn)象，無法直接通過目測感知，因此造成學(xué)生對這一自然現(xiàn)象機(jī)理理解上的困難。如何通過實驗裝置與方法，再現(xiàn)并檢測到聲線在溫度梯度場中的彎曲現(xiàn)象，對學(xué)生深刻理解與應(yīng)用聲線的彎曲理論，具有重要作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種設(shè)計合理、結(jié)構(gòu)簡單、演示效果直觀的梯度溫度場中聲線彎曲演示實驗裝置。
[0005]解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:在透明水槽內(nèi)的前側(cè)壁和后側(cè)壁上至少設(shè)置有I個半導(dǎo)體制冷片支架，每個半導(dǎo)體制冷片支架上設(shè)置有I個半導(dǎo)體制冷片，半導(dǎo)體制冷片支架和半導(dǎo)體制冷片浸入水中，半導(dǎo)體制冷片上表面到水面的距離至少為100mm，半導(dǎo)體制冷片的前側(cè)面為熱面或冷面、熱面與水平面垂直、與透明水槽的前側(cè)壁平行，前后半導(dǎo)體制冷片的水平中心平面在同一個水平平面內(nèi)，并與透明水槽的橫向中心線在同一平面內(nèi)，在透明水槽的左側(cè)壁上設(shè)置有超聲換能器、右側(cè)內(nèi)壁上設(shè)置有I列壓電片和I列溫度傳感器、右側(cè)外壁上設(shè)置有通過導(dǎo)線與每個溫度傳感器相連的溫度顯器以及通過導(dǎo)線與每個壓電片相連的一列發(fā)光二極管。
[0006]本發(fā)明的超聲換能器的輻射端面穿過透明水槽左側(cè)壁浸入水中，超聲換能器輻射端面的中心線與透明水槽的橫向中心線相重合。
[0007]本發(fā)明的透明水槽的幾何形狀為長方體。
[0008]本發(fā)明的半導(dǎo)體制冷片的幾何形狀為長方體，半導(dǎo)體制冷片的上表面與水平面平行。
[0009]本發(fā)明的由上到下安裝的列溫度傳感器中的一個溫度傳感器與相鄰一個溫度傳感器的中心線之間的距離為10mm。
[0010]本發(fā)明采用通電并浸于水中的半導(dǎo)體制冷片，在透明水槽中建立了溫度上高下低的梯度溫度場，解決了傳統(tǒng)方法難以在水中快速建立梯度溫度場的問題；同時采用在超聲換能器輻射的方向上設(shè)置壓電片和與之相連的發(fā)光二極管，顯示了聲線向低溫區(qū)域的彎曲現(xiàn)象，實現(xiàn)了梯度溫度場中聲線彎曲可視化。本發(fā)明梯度溫度場中聲線彎曲實驗演示裝置，簡便、直觀地演示了梯度溫度場中聲線的彎曲現(xiàn)象，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、產(chǎn)品成本低、演示方法簡便、直觀性好等優(yōu)點，應(yīng)于在實驗室和課堂條件下的演示實驗。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明實施例1的主視圖。
[0012]圖2是圖1的俯視圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明不限于這些實施例。
[0014]實施例1
[0015]在圖1、2中，本實施例的梯度溫度場中聲線彎曲演示實驗裝置由透明水槽1、超聲換能器2、半導(dǎo)體制冷片3、發(fā)光二極管4、壓電片5、半導(dǎo)體制冷片支架6、溫度傳感器7、顯示器8聯(lián)接構(gòu)成。
[0016]本實施例的透明水槽I采用有機(jī)玻璃制成，也可采用石英玻璃制成，透明水槽I的幾何形狀為長方體，透明水槽I內(nèi)裝滿水，在透明水槽I的左側(cè)壁用螺紋緊固聯(lián)接件固定聯(lián)接有超聲換能器2，超聲換能器2輻射端面穿過透明水槽I左側(cè)壁浸入水中，超聲換能器2輻射端面的中心線與透明水槽I的橫向中心線相重合，超聲換能器2用于產(chǎn)生超聲波，在透明水槽I內(nèi)的前側(cè)壁上固定安裝有I個半導(dǎo)體制冷片支架6，透明水槽I內(nèi)的后側(cè)壁上固定安裝有I個半導(dǎo)體制冷片支架6，每個半導(dǎo)體制冷片支架6上固定聯(lián)接有半導(dǎo)體制冷片3，半導(dǎo)體制冷片支架6和半導(dǎo)體制冷片3浸入水中，半導(dǎo)體制冷片3上表面到水面的距離為100_，兩個半導(dǎo)體制冷片3的幾何形狀為長方體，半導(dǎo)體制冷片3的前側(cè)面為熱面，通過電源連接極性的調(diào)整，也可使半導(dǎo)體制冷片3的前側(cè)面為冷面，也可使一個半導(dǎo)體制冷片3的前側(cè)面為熱面、另一個半導(dǎo)體制冷片3的前側(cè)面為冷面，半導(dǎo)體制冷片3的熱面與水平面垂直，半導(dǎo)體制冷片3的熱面與透明水槽I的前側(cè)壁平行，兩個半導(dǎo)體制冷片3的水平中心平面在同一個水平平面內(nèi)，并與透明水槽I的橫向中心線在同一平面內(nèi)。
[0017]在透明水槽I的右側(cè)內(nèi)壁從上到下I用膠粘接有I列壓電片5，一個壓電片5與相鄰一個壓電片5之間的距離為1_，壓電片5用于接收超聲信號，并將超聲聲信號轉(zhuǎn)換為電信號輸出。在透明水槽I的右側(cè)外壁上安裝有發(fā)光二極管4，發(fā)光二極管4的數(shù)量與壓電片5的數(shù)量相同，每個發(fā)光二極管4通過導(dǎo)線與一個壓電片5相連，發(fā)光二極管4用于將壓電片5輸出的電信號轉(zhuǎn)換為光信號。在透明水槽I內(nèi)右側(cè)壁上壓電片5的一側(cè)，由上向下安裝有I列溫度傳感器7，一個溫度傳感器7與相鄰一個溫度傳感器7的中心線之間的距離為10_，溫度傳感器7的具體個數(shù)應(yīng)按照透明水槽I的高度來確定。透明水槽I的右側(cè)外壁上安裝有溫度顯示器8，溫度顯示器8通過導(dǎo)線與每個溫度傳感器7相連，溫度傳感器7將接收到不同深度水的溫度信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出到溫度顯示器8，溫度顯示器8顯示出透明水槽I內(nèi)不同深度處的水溫。
[0018]實施例2
[0019]在透明水槽I內(nèi)的前側(cè)壁上固定安裝有I個半導(dǎo)體制冷片支架6，透明水槽I內(nèi)的后側(cè)壁上固定安裝有I個半導(dǎo)體制冷片支架6，每個半導(dǎo)體制冷片支架6上固定聯(lián)接有I個半導(dǎo)體制冷片3，半導(dǎo)體制冷片支架6和半導(dǎo)體制冷片3浸入水中，半導(dǎo)體制冷片3上表面到水面的距離為120_，兩個半導(dǎo)體制冷片3的幾何形狀以及在透明水槽I內(nèi)的位置與實施例1相同，兩個半導(dǎo)體制冷片3的前側(cè)面為熱面，前側(cè)面與水平面垂直、與透明水槽I的前側(cè)壁平行，兩個半導(dǎo)體制冷片3的水平中心平面在同一個水平平面內(nèi)，并與水槽的橫向中心線在同一平面內(nèi)。
[0020]其他零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與實施例1相同。
[0021]實施例3
[0022]在以上的實施例1、2中，在透明水槽I內(nèi)的前側(cè)壁上固定安裝有2個半導(dǎo)體制冷片支架6，透明水槽I內(nèi)的后側(cè)壁上固定安裝有2個半導(dǎo)體制冷片支架6，每個半導(dǎo)體制冷片支架6上固定聯(lián)接有I個半導(dǎo)體制冷片3，半導(dǎo)體制冷片支架6和半導(dǎo)體制冷片3浸入水中，半導(dǎo)體制冷片3上表面到水面的距離與相應(yīng)的實施例相同，4個半導(dǎo)體制冷片3的幾何形狀以及在透明水槽I內(nèi)的位置與實施例1相同，4個半導(dǎo)體制冷片3的前側(cè)面為熱面，前側(cè)面與水平面垂直、與透明水槽I的前側(cè)壁平行，4個半導(dǎo)體制冷片3的水平中心平面在同一個水平平面內(nèi)，并與水槽的橫向中心線在同一平面內(nèi)。
[0023]其他零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與實施例1相同。
[0024]本發(fā)明的工作原理如下:
[0025]在半導(dǎo)體制冷片3沒有通電前，透明水槽I中的水處于常溫狀態(tài)且溫度均勻，這時超聲換能器2輻射超聲波的聲線沿水平方向到達(dá)與超聲換能器2正對的壓電片5，壓電片5接收到超聲波信號轉(zhuǎn)換成電信號，驅(qū)動發(fā)光二極管4發(fā)光，顯示超聲波在溫度均勻的水中水平直線傳輸。半導(dǎo)體制冷片3通電后，半導(dǎo)體制冷片3熱面加熱靠近熱面的水，水溫上升，水的密度減小，在浮力的作用下向上迀移；同時半導(dǎo)體制冷片3的冷面吸熱，靠近冷面的水溫下降，水的密度增大，在重力作用下，迀移向水槽下部，使得透明水槽I內(nèi)的水中逐漸形成上高下低的梯度溫度分布，安裝在透明水槽I側(cè)壁上的I列溫度傳感將接收到的溫度信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出到顯示器8，顯示器8顯示出透明水槽I內(nèi)不同深度水的溫度，超聲換能器2輻射超聲波的聲線向溫度較低的區(qū)域即透明水槽I的下部彎曲，與壓電片5相連的發(fā)光二極管4發(fā)光指示逐漸下移，說明超聲波的聲線向下彎曲，實現(xiàn)了聲線彎曲可視化。
【主權(quán)項】
1.一種梯度溫度場中聲線彎曲演示實驗裝置，其特征在于:在透明水槽(I)內(nèi)的前側(cè)壁和后側(cè)壁上至少設(shè)置有I個半導(dǎo)體制冷片支架(6)，每個半導(dǎo)體制冷片支架(6)上設(shè)置有I個半導(dǎo)體制冷片(3)，半導(dǎo)體制冷片支架(6)和半導(dǎo)體制冷片(3)浸入水中，半導(dǎo)體制冷片(3)上表面到水面的距離至少為100mm，半導(dǎo)體制冷片(3)的前側(cè)面為熱面或冷面、熱面與水平面垂直、與透明水槽(I)的前側(cè)壁平行，前后半導(dǎo)體制冷片(3)的水平中心平面在同一個水平平面內(nèi)，并與透明水槽⑴的橫向中心線在同一平面內(nèi)，在透明水槽⑴的左側(cè)壁上設(shè)置有超聲換能器(2)、右側(cè)內(nèi)壁上設(shè)置有I列壓電片(5)和I列溫度傳感器(7)、右側(cè)外壁上設(shè)置有通過導(dǎo)線與每個溫度傳感器(7)相連的溫度顯示器(8)以及通過導(dǎo)線與每個壓電片(5)相連的一列發(fā)光二極管(4)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯度溫度場中聲線彎曲演示實驗裝置，其特征在于:所述的超聲換能器⑵的輻射端面穿過透明水槽⑴左側(cè)壁浸入水中，超聲換能器⑵輻射端面的中心線與透明水槽(I)的橫向中心線相重合。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的梯度溫度場中聲線彎曲演示實驗裝置，其特征在于:所述的透明水槽(I)的幾何形狀為長方體。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯度溫度場中聲線彎曲演示實驗裝置，其特征在于:所述的半導(dǎo)體制冷片(3)的幾何形狀為長方體，半導(dǎo)體制冷片(3)的上表面與水平面平行。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯度溫度場中聲線彎曲演示實驗裝置，其特征在于:所述的由上到下安裝的I列溫度傳感器(7)中的一個溫度傳感器(7)與相鄰一個溫度傳感器(7)的中心線之間的距離為10mm。
【專利摘要】一種梯度溫度場中聲線彎曲演示實驗裝置，在透明水槽內(nèi)的前側(cè)壁和后側(cè)壁上至少設(shè)置有1個半導(dǎo)體制冷片支架，每個半導(dǎo)體制冷片支架上設(shè)置有1個半導(dǎo)體制冷片，半導(dǎo)體制冷片支架和半導(dǎo)體制冷片浸入水中，半導(dǎo)體制冷片上表面到水面的距離至少為100mm，半導(dǎo)體制冷片的前側(cè)面為熱面或冷面、熱面與水平面垂直、與透明水槽的前側(cè)壁平行，前后半導(dǎo)體制冷片的水平中心平面在同一個水平平面內(nèi)，并與水槽的橫向中心線在同一平面內(nèi)，在透明水槽的左側(cè)壁上設(shè)置有超聲換能器、右側(cè)內(nèi)壁上設(shè)置有1列壓電片和1列溫度傳感器、右側(cè)外壁上設(shè)置有通過導(dǎo)線與每個溫度傳感器相連的溫度顯示器以及通過導(dǎo)線與每個壓電片相連的一列發(fā)光二極管。
【IPC分類】G09B23/14
【公開號】CN104916190
【申請?zhí)枴緾N201510358053
【發(fā)明人】張宗權(quán), 黃育紅, 任俊鵬, 劉志存, 楊宗立, 魯佰佐
【申請人】陜西師范大學(xué)
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年6月25日