梯度温度场中声线弯曲演示实验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于实验教学仪器技术领域，具体涉及一种梯度温度场中声线弯曲可视化演示实验装置。
【背景技术】
[0002]人们对于声线在非均匀介质中的传播进行了大量研宄，特别是声线在温度梯度场中向温度较低区域的弯曲传输现象，广泛的存在于自然界。如专利号为ZL201010119797.9、发明名称为《基于声线弯曲传输原理的管道消声》的中国发明专利。
[0003]声作为机械波，在空气中的传输具有不可视性，即声线的弯曲现象，无法直接通过目测感知，因此造成学生对这一自然现象机理理解上的困难。如何通过实验装置与方法，再现并检测到声线在温度梯度场中的弯曲现象，对学生深刻理解与应用声线的弯曲理论，具有重要作用。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题在于提供一种设计合理、结构简单、演示效果直观的梯度温度场中声线弯曲演示实验装置。
[0005]解决上述技术问题所采用的技术方案是:在透明水槽内的前侧壁和后侧壁上至少设置有I个半导体制冷片支架，每个半导体制冷片支架上设置有I个半导体制冷片，半导体制冷片支架和半导体制冷片浸入水中，半导体制冷片上表面到水面的距离至少为100mm，半导体制冷片的前侧面为热面或冷面、热面与水平面垂直、与透明水槽的前侧壁平行，前后半导体制冷片的水平中心平面在同一个水平平面内，并与透明水槽的横向中心线在同一平面内，在透明水槽的左侧壁上设置有超声换能器、右侧内壁上设置有I列压电片和I列温度传感器、右侧外壁上设置有通过导线与每个温度传感器相连的温度显器以及通过导线与每个压电片相连的一列发光二极管。
[0006]本发明的超声换能器的辐射端面穿过透明水槽左侧壁浸入水中，超声换能器辐射端面的中心线与透明水槽的横向中心线相重合。
[0007]本发明的透明水槽的几何形状为长方体。
[0008]本发明的半导体制冷片的几何形状为长方体，半导体制冷片的上表面与水平面平行。
[0009]本发明的由上到下安装的列温度传感器中的一个温度传感器与相邻一个温度传感器的中心线之间的距离为10mm。
[0010]本发明采用通电并浸于水中的半导体制冷片，在透明水槽中建立了温度上高下低的梯度温度场，解决了传统方法难以在水中快速建立梯度温度场的问题；同时采用在超声换能器辐射的方向上设置压电片和与之相连的发光二极管，显示了声线向低温区域的弯曲现象，实现了梯度温度场中声线弯曲可视化。本发明梯度温度场中声线弯曲实验演示装置，简便、直观地演示了梯度温度场中声线的弯曲现象，本发明具有结构简单、产品成本低、演示方法简便、直观性好等优点，应于在实验室和课堂条件下的演示实验。
【附图说明】
[0011]图1是本发明实施例1的主视图。
[0012]图2是图1的俯视图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。
[0014]实施例1
[0015]在图1、2中，本实施例的梯度温度场中声线弯曲演示实验装置由透明水槽1、超声换能器2、半导体制冷片3、发光二极管4、压电片5、半导体制冷片支架6、温度传感器7、显示器8联接构成。
[0016]本实施例的透明水槽I采用有机玻璃制成，也可采用石英玻璃制成，透明水槽I的几何形状为长方体，透明水槽I内装满水，在透明水槽I的左侧壁用螺纹紧固联接件固定联接有超声换能器2，超声换能器2辐射端面穿过透明水槽I左侧壁浸入水中，超声换能器2辐射端面的中心线与透明水槽I的横向中心线相重合，超声换能器2用于产生超声波，在透明水槽I内的前侧壁上固定安装有I个半导体制冷片支架6，透明水槽I内的后侧壁上固定安装有I个半导体制冷片支架6，每个半导体制冷片支架6上固定联接有半导体制冷片3，半导体制冷片支架6和半导体制冷片3浸入水中，半导体制冷片3上表面到水面的距离为100_，两个半导体制冷片3的几何形状为长方体，半导体制冷片3的前侧面为热面，通过电源连接极性的调整，也可使半导体制冷片3的前侧面为冷面，也可使一个半导体制冷片3的前侧面为热面、另一个半导体制冷片3的前侧面为冷面，半导体制冷片3的热面与水平面垂直，半导体制冷片3的热面与透明水槽I的前侧壁平行，两个半导体制冷片3的水平中心平面在同一个水平平面内，并与透明水槽I的横向中心线在同一平面内。
[0017]在透明水槽I的右侧内壁从上到下I用胶粘接有I列压电片5，一个压电片5与相邻一个压电片5之间的距离为1_，压电片5用于接收超声信号，并将超声声信号转换为电信号输出。在透明水槽I的右侧外壁上安装有发光二极管4，发光二极管4的数量与压电片5的数量相同，每个发光二极管4通过导线与一个压电片5相连，发光二极管4用于将压电片5输出的电信号转换为光信号。在透明水槽I内右侧壁上压电片5的一侧，由上向下安装有I列温度传感器7，一个温度传感器7与相邻一个温度传感器7的中心线之间的距离为10_，温度传感器7的具体个数应按照透明水槽I的高度来确定。透明水槽I的右侧外壁上安装有温度显示器8，温度显示器8通过导线与每个温度传感器7相连，温度传感器7将接收到不同深度水的温度信号转换成电信号输出到温度显示器8，温度显示器8显示出透明水槽I内不同深度处的水温。
[0018]实施例2
[0019]在透明水槽I内的前侧壁上固定安装有I个半导体制冷片支架6，透明水槽I内的后侧壁上固定安装有I个半导体制冷片支架6，每个半导体制冷片支架6上固定联接有I个半导体制冷片3，半导体制冷片支架6和半导体制冷片3浸入水中，半导体制冷片3上表面到水面的距离为120_，两个半导体制冷片3的几何形状以及在透明水槽I内的位置与实施例1相同，两个半导体制冷片3的前侧面为热面，前侧面与水平面垂直、与透明水槽I的前侧壁平行，两个半导体制冷片3的水平中心平面在同一个水平平面内，并与水槽的横向中心线在同一平面内。
[0020]其他零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
[0021]实施例3
[0022]在以上的实施例1、2中，在透明水槽I内的前侧壁上固定安装有2个半导体制冷片支架6，透明水槽I内的后侧壁上固定安装有2个半导体制冷片支架6，每个半导体制冷片支架6上固定联接有I个半导体制冷片3，半导体制冷片支架6和半导体制冷片3浸入水中，半导体制冷片3上表面到水面的距离与相应的实施例相同，4个半导体制冷片3的几何形状以及在透明水槽I内的位置与实施例1相同，4个半导体制冷片3的前侧面为热面，前侧面与水平面垂直、与透明水槽I的前侧壁平行，4个半导体制冷片3的水平中心平面在同一个水平平面内，并与水槽的横向中心线在同一平面内。
[0023]其他零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
[0024]本发明的工作原理如下:
[0025]在半导体制冷片3没有通电前，透明水槽I中的水处于常温状态且温度均匀，这时超声换能器2辐射超声波的声线沿水平方向到达与超声换能器2正对的压电片5，压电片5接收到超声波信号转换成电信号，驱动发光二极管4发光，显示超声波在温度均匀的水中水平直线传输。半导体制冷片3通电后，半导体制冷片3热面加热靠近热面的水，水温上升，水的密度减小，在浮力的作用下向上迀移；同时半导体制冷片3的冷面吸热，靠近冷面的水温下降，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内的水中逐渐形成上高下低的梯度温度分布，安装在透明水槽I侧壁上的I列温度传感将接收到的温度信号转换成电信号输出到显示器8，显示器8显示出透明水槽I内不同深度水的温度，超声换能器2辐射超声波的声线向温度较低的区域即透明水槽I的下部弯曲，与压电片5相连的发光二极管4发光指示逐渐下移，说明超声波的声线向下弯曲，实现了声线弯曲可视化。
【主权项】
1.一种梯度温度场中声线弯曲演示实验装置，其特征在于:在透明水槽(I)内的前侧壁和后侧壁上至少设置有I个半导体制冷片支架(6)，每个半导体制冷片支架(6)上设置有I个半导体制冷片(3)，半导体制冷片支架(6)和半导体制冷片(3)浸入水中，半导体制冷片(3)上表面到水面的距离至少为100mm，半导体制冷片(3)的前侧面为热面或冷面、热面与水平面垂直、与透明水槽(I)的前侧壁平行，前后半导体制冷片(3)的水平中心平面在同一个水平平面内，并与透明水槽⑴的横向中心线在同一平面内，在透明水槽⑴的左侧壁上设置有超声换能器(2)、右侧内壁上设置有I列压电片(5)和I列温度传感器(7)、右侧外壁上设置有通过导线与每个温度传感器(7)相连的温度显示器(8)以及通过导线与每个压电片(5)相连的一列发光二极管(4)。2.根据权利要求1所述的梯度温度场中声线弯曲演示实验装置，其特征在于:所述的超声换能器⑵的辐射端面穿过透明水槽⑴左侧壁浸入水中，超声换能器⑵辐射端面的中心线与透明水槽(I)的横向中心线相重合。3.根据权利要求1或2所述的梯度温度场中声线弯曲演示实验装置，其特征在于:所述的透明水槽(I)的几何形状为长方体。4.根据权利要求1所述的梯度温度场中声线弯曲演示实验装置，其特征在于:所述的半导体制冷片(3)的几何形状为长方体，半导体制冷片(3)的上表面与水平面平行。5.根据权利要求1所述的梯度温度场中声线弯曲演示实验装置，其特征在于:所述的由上到下安装的I列温度传感器(7)中的一个温度传感器(7)与相邻一个温度传感器(7)的中心线之间的距离为10mm。
【专利摘要】一种梯度温度场中声线弯曲演示实验装置，在透明水槽内的前侧壁和后侧壁上至少设置有1个半导体制冷片支架，每个半导体制冷片支架上设置有1个半导体制冷片，半导体制冷片支架和半导体制冷片浸入水中，半导体制冷片上表面到水面的距离至少为100mm，半导体制冷片的前侧面为热面或冷面、热面与水平面垂直、与透明水槽的前侧壁平行，前后半导体制冷片的水平中心平面在同一个水平平面内，并与水槽的横向中心线在同一平面内，在透明水槽的左侧壁上设置有超声换能器、右侧内壁上设置有1列压电片和1列温度传感器、右侧外壁上设置有通过导线与每个温度传感器相连的温度显示器以及通过导线与每个压电片相连的一列发光二极管。
【IPC分类】G09B23/14
【公开号】CN104916190
【申请号】CN201510358053
【发明人】张宗权, 黄育红, 任俊鹏, 刘志存, 杨宗立, 鲁佰佐
【申请人】陕西师范大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月25日