固有頻率測量演示器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種固有頻率測量演示器，屬于教學(xué)用具。
【背景技術(shù)】
[0002] 任何物體都具有固有頻率，由它的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、大小、性狀等因素來決定，固有頻率 是物體自身固有的一種物理特征。當物體受到某一特定頻率策動時，能夠引起振動并使幅 度達到最大值，這個頻率就是物體的固有頻率?？墒牵绾我娮C物體具有固有頻率？至今， 在教學(xué)中尚沒有市售儀器以供演示，因而感到質(zhì)疑和困惑，因此，有必要發(fā)明一種固有頻率 演示器，填補教學(xué)空白，以便學(xué)生能夠從感性上得到認知。
[0003] 固有頻率在生產(chǎn)實踐中具有廣泛的應(yīng)用價值，比如靠近鐵路的建筑物，當有列車 通過時，就會將其振動通過地面?zhèn)鬟f給建筑物，如果振動頻率恰好與建筑物的固有頻率相 同，這個建筑物就會產(chǎn)生共振，幅度也會越來越大至使建筑物損壞。在大劇院、禮堂都會使 用擴音設(shè)備，如果建筑物或其室內(nèi)的一些設(shè)備的固有頻率，恰好與擴音音響的某一頻率相 同，也會產(chǎn)生共振，這種共振的聲波再次傳至麥克風(fēng)，就會形成正反饋而引起刺耳的嘯叫。 固有頻率特性在工業(yè)上得到廣泛的應(yīng)用，尤其在電子技術(shù)領(lǐng)域，比如：晶體管、電感線圈、高 頻電容等元器件，從家用電器感受最為明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種充實教學(xué)設(shè)備，加深學(xué)生感性認識，填補教學(xué)空白的 固有頻率測量演示器。
[0005] 技術(shù)解決方案：
[0006] 本發(fā)明包括：底板、音頻信號發(fā)生器、分貝計、揚聲器，所述底板上固定安裝有玻璃 容器，所述玻璃容器為圓筒形，圓筒形玻璃容壁上分別設(shè)有刻度尺和水量基準線，所述玻璃 容器下部設(shè)有進水口，進水口通過注水管路與儲水槽出水口連接，儲水槽通過管路與水泵 連接；所述注水管上設(shè)有分流口，分流口上接有分注管；玻璃容器上方設(shè)有揚聲器，揚聲器 與音頻信號發(fā)生器連接，靠近揚聲器的玻璃容器上設(shè)有分貝計，所述音頻信號發(fā)生器與電 源連接。
[0007] 所述玻璃容器上的進水口及儲水槽上的出水口分別安裝有截止閥，分注管上安裝 微調(diào)水閥。
[0008] 所述分貝計掛于玻璃容器上部。
[0009] 所述揚聲器放置在支架上，所述支架包括：呈三角形設(shè)置的立柱，及固定安裝在立 柱頂部的托板，所述托板上開有放置揚聲器的通孔，所述通孔與所述玻璃容器開口相對應(yīng)， 通孔處設(shè)有墊片。
[0010] 本發(fā)明注水采用了從玻璃容器下部注入的方法，避免了從上部注水產(chǎn)生的水面震 蕩現(xiàn)象，圓筒形玻璃容壁上分別設(shè)有刻度尺和水量基準線，采用音頻信號發(fā)生器、分貝計、 揚聲器，通過注水改變?nèi)萜鞯挠行y量體積，從而使固有頻率發(fā)生變化。本發(fā)明信號發(fā)生器 用于追蹤被測物的固有頻率，分貝計用于比較檢測共振與否響度的變化，實現(xiàn)了在教學(xué)中 進行測量演示物體的固有頻率；諧振最小激勵強度，以及體積的大小與固有頻率之間的關(guān) 系。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012] 圖2為圖1的俯視圖；
[0013] 圖3為本發(fā)明測量高度與固有頻率之間關(guān)系圖；
[0014] 圖4為本實有新型體積減小與固有頻率增加關(guān)系圖。
【具體實施方式】
[0015] 本發(fā)明底板1上分別固定安裝有圓筒形透明玻璃容器2,放置揚聲器4的支架、放 置儲水槽12的儲水槽架13,所述玻璃容器2與儲水槽12分別置于揚聲器的支架的兩側(cè)，所 述支架由呈三角形(兩個平行設(shè)置立柱6、單個立柱7)設(shè)置的立柱組成，立柱頂部固定安裝 有托板3,托板3置于玻璃容器2上方，托板3上開有放置揚聲器4的通孔，為防止揚聲器4 晃動，在通孔處設(shè)有墊片，所述通孔與所述玻璃容器2開口相對應(yīng)，揚聲器與音頻信號發(fā)生 器連接，所述音頻信號發(fā)生器與電源連接，分貝計4通過掛架設(shè)置在靠近揚聲器的玻璃容 器1上，為便于觀察和掌握注水量，所述圓筒形玻璃容器2側(cè)壁上分別設(shè)有刻度尺和水量基 準線，玻璃容器2下部設(shè)有進水口，進水口通過注水管路10與儲水槽12出水口連接，儲水 槽12內(nèi)的水通過水泵注入玻璃容器2內(nèi)，注水管上設(shè)有分流口 5,分流口 5上接有分注管 8,玻璃容器2下部設(shè)的進水口、儲水槽12出水管分別安裝有截止閥11，分注管8上安裝微 調(diào)水閥9用于調(diào)節(jié)水量。
[0016] 所述透明玻璃空器2是被測物，內(nèi)徑15厘米，有效測量高度20-30厘米，截面積 176 平方厘米，有效測量體積從 3534. 2m3、3887.6m3、4241. 0m3、4594. 5m3、4948. 0m3至 5301. 4m3。
[0017] 本發(fā)明選用圓筒形玻璃容器2作為被測物，利用音頻信號發(fā)生器作為激勵聲源， 去追蹤固有頻率，當激勵聲源與被測物的固有頻率相同時，就會激發(fā)被測物產(chǎn)生脅迫振動， 這樣，激勵聲與被測物的諧振聲二者疊加響聲明顯增大，產(chǎn)生共鳴，此時，信號發(fā)生器顯示 的頻率，即為該物體的固有頻率。此后，回調(diào)激勵聲源幅度至"〇"位，再緩慢調(diào)高，在某一點 上會出現(xiàn)聲音突然放大，這個點位就是諧振的最小激勵強度。如果改變激勵聲的頻率或改 變被測物的體積、形狀條件，破壞掉諧振的要件，也就是激勵聲源與被測物的固有頻率不相 同，不產(chǎn)生諧振，共鳴聲消失，響聲減小，從而證實物體具有固有頻率。本儀器還利用向器皿 內(nèi)依次注水的方法，改變玻璃容器2內(nèi)水的有效被測體積，再分別測量找出一組體積不同 的諧振點（固有頻率)，根據(jù)這一組測得的數(shù)據(jù)，就可以分析出體積與固有頻率之間的關(guān)系。
[0018] 具體測試方法和步驟：
[0019] 1、準備：打開音頻信號發(fā)生器預(yù)熱5分鐘，將"頻率調(diào)整"按鈕至于低位，"幅度"按 鈕調(diào)至0位；打開分貝計4 (調(diào)整在正常和快速測量位）并放在分貝計掛架上；將儲水槽12 中加入2公斤水。
[0020] 2、測試固有頻率步驟如下：打開玻璃容器2下部進水口及儲水槽12出水管上的 截止閥11及水泵，將儲水槽12內(nèi)的水通過水泵向玻璃容器2內(nèi)注水至基準線5301. 4m3,并 利用注水管路10上的分流管上的微調(diào)水閥9修正誤差。逐漸調(diào)大頻信號發(fā)生器的"幅度" 按鈕，使調(diào)大頻信號發(fā)生器振幅逐步增大，設(shè)定輸出電壓為3伏，緩慢調(diào)高頻信號發(fā)生器的 "頻率調(diào)整"按鈕，同時隨時感受玻璃容器2內(nèi)水聲的變化(諧振點響度增大)，同時觀察分貝 計4數(shù)字的變化(諧振點數(shù)字增大)，若激勵聲源足夠大就能從分貝計4數(shù)字變化點處找到 諧振點；找到諧振點之后，調(diào)低或調(diào)高音頻信號發(fā)生器頻率，移離諧振點，響度如果減小，就 說明諧振點準確，反之不準確。
[0021] 或在找到諧振點之后，移開揚聲器，如果諧振點準確，則響度會明顯減小。如果諧 振點不準確，則響度無明顯變化，通過此步驟進一步進行確定諧振點。準確的諧振點就是該 玻璃容器2的固有頻率。
[0022] 3、測試最小激勵功率步驟如下：在確定了諧振點之后，音頻信號發(fā)生器的"頻率 調(diào)整"按鈕保持原位不動，回調(diào)音頻信號發(fā)生器"幅度"按鈕至最低位，然后再緩慢調(diào)高，當 達到最小激勵功率時，玻璃容器2內(nèi)水聲瞬間增大，分貝計4上的數(shù)值同進增大，此時的臨 界點電壓，就是諧振的最小激勵功率。
[0023] 4、測試體積與固有頻率之間的關(guān)系方法如下：向玻璃容器2內(nèi)注水，根據(jù)玻璃容 器2上刻度，水位提高1厘米，相當于玻璃容器2的有效測量高度減少1厘米，其體積也相 應(yīng)的減小176. 7cm3,用測試固有頻率的方法找到并記錄一個諧振點，按上述方法依次進行， 就會得到一組不同體積的固有頻率數(shù)據(jù)，根據(jù)這一組數(shù)據(jù)，就可以做表、做圖，清楚明了的 分析出體積與固有頻率之間的關(guān)系。
[0024] 測試條件及結(jié)果
[0025] 1、條件。內(nèi)蒙古中部區(qū)，海拔1100米，氣溫在21°C時，使用RK1212BL型音頻信號 發(fā)生器和TM810M型分貝測試計。
[0026] 2、測試結(jié)果如下表：
[0027] 固有頻率測試表
[0028]
【主權(quán)項】
1. 固有頻率測量演示器，其特征在于，包括：底板、音頻信號發(fā)生器、分貝計、揚聲器， 所述底板上固定安裝有玻璃容器，所述玻璃容器為圓筒形，圓筒形玻璃容壁上分別設(shè)有刻 度尺和水量基準線，所述玻璃容器下部設(shè)有進水口，進水口通過注水管路與儲水槽出水口 連接，儲水槽通過管路與水泵連接；所述注水管上設(shè)有分流口，分流口上接有分注管；玻璃 容器上方設(shè)有揚聲器，揚聲器與音頻信號發(fā)生器連接，靠近揚聲器的玻璃容器上設(shè)有分貝 計，所述音頻信號發(fā)生器與電源連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固有頻率測量演示器，其特征在于，所述玻璃容器上的進水 口及儲水槽上的出水口分別安裝有截止閥，分注管上安裝有微調(diào)水閥。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固有頻率測量演示器，其特征在于，所述分貝計掛于玻璃容 器上部。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固有頻率測量演示器，其特征在于，所述揚聲器放置在支架 上，所述支架包括：呈三角形設(shè)置的立柱，及固定安裝在立柱頂部的托板，所述托板上開有 放置揚聲器的通孔，所述通孔與所述玻璃容器開口相對應(yīng)，通孔處設(shè)有墊片。
【專利摘要】本實用新型涉及一種固有頻率測量演示器，屬于教學(xué)用具。本實用新型底板上固定安裝有玻璃容器，所述玻璃容器為圓筒形，圓筒形玻璃容壁上分別設(shè)有刻度尺和水量基準線，所述玻璃容器下部設(shè)有進水口，進水口通過注水管路與儲水槽出水口連接，儲水槽通過管路與水泵連接；所述注水管上設(shè)有分流口，分流口上接有分注管；玻璃容器上方設(shè)有揚聲器，揚聲器與音頻信號發(fā)生器連接，靠近揚聲器的玻璃容器上設(shè)有分貝計，所述音頻信號發(fā)生器與電源連接。本實用新型注水采用了從玻璃容器下部注入的方法，避免了從上部注水產(chǎn)生的水面震蕩現(xiàn)象，通過注水改變?nèi)萜鞯挠行y量體積，從而使固有頻率發(fā)生變化。本實用新型實現(xiàn)了在教學(xué)中進行測量演示物體的固有頻率；諧振最小激勵強度，以及體積的大小與固有頻率之間的關(guān)系。
【IPC分類】G09B23-14
【公開號】CN204480559
【申請?zhí)枴緾N201520140547
【發(fā)明人】鄔博宇
【申請人】鄔博宇
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年3月12日