專利名稱：利用超聲波測量運動物體位移的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及教學(xué)器具，特別是應(yīng)用在物理教學(xué)中的一種利用超聲波測量 物體位移的裝置。
背景技術(shù)：
以往的物理教學(xué)中，在對物體位移測量時，采用超聲波測距技術(shù)，使用超聲 波測量物體位移裝置進(jìn)行。該裝置主要結(jié)構(gòu)包括超聲波轉(zhuǎn)換器與功能模塊電路， 在使用時，存在只能測物體運動的絕對位移，而不能測物體運動的相對位移； 超聲波采樣頻率只有30H Z以下；測量的誤差在土lmm以上的缺陷。影響教學(xué)質(zhì)量。

實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的是針對上述缺陷，提供一種利用超聲波測量運動物體位移 的裝置。
本實用新型的技術(shù)方案是利用超聲波測量運動物體位移的裝置，包括超聲波 轉(zhuǎn)換器與功能模塊電路，其特征是所說的功能模塊電路，包括驅(qū)動電路單元(3)、 信號處理電路單元(4)、微處理器單元(5)，微處理器單元(5)的輸出端接驅(qū) 動電路單元(3)的輸入端，驅(qū)動電路單元(3)的輸出端接超聲波轉(zhuǎn)換器的輸 入端，超聲波轉(zhuǎn)換器的輸出端接信號處理電路單元(4)的輸入端，信號處理電 路單元(4)的輸出端接微處理器單元(5)的輸入端，微處理器單元(5)上有 與計算機連接的接口。
所說的信號處理電路單元(4)包括放大電路、積分電路與整形電路。 所說的超聲波轉(zhuǎn)換器是超聲波發(fā)生器(1)與超聲波接收器(2);所說的超 聲波發(fā)生器(l)發(fā)出的超聲波采樣頻率為100H Z以上，超聲波量程為士100cm。 本實用新型是利用超聲波反射原理測量運動物體相對起始位移，實驗時，采 樣頻率為100HZ以上，量程為土100cm，測量的精確度在士0.2111111以下。
本實用新型的優(yōu)點是由于這種新的裝置，符合物理教學(xué)中默認(rèn)的起始位置為 位移原點的習(xí)慣，應(yīng)用于物理教學(xué)中具有實時、準(zhǔn)確、經(jīng)濟、可視性好。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)方框圖。 圖2是本實用新型的一種電路原理圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明實施例。
參見圖1， 1-超聲波發(fā)生器、2-超聲波接收器、3-驅(qū)動電路單元、4-信號處 理電路單元、5-微處理器單元、6-計算機、7-多媒體大屏幕裝置、8-運動物。 如圖示，微處理器單元5的輸出端接驅(qū)動電路單元3的輸入端，驅(qū)動電路單元 3的輸出端接超聲波轉(zhuǎn)換器中的超聲波發(fā)生器1的輸入端，超聲波發(fā)生器1發(fā) 出超聲波信號，由運動物體8反射到超聲波接收器2中，超聲波接收器2的輸 出端接信號處理電路單元4的輸入端，信號處理電路單元4的輸出端接微處理 器單元5的輸入端，微處理器單元5上有與計算機6連接的接口 。計算機6與 多媒體大屏幕裝置7相連接。本裝置是測量運動物體相對于起始位置(即運動 物體反射第一個超聲波脈沖時所處的位置)的位移數(shù)據(jù)，這數(shù)據(jù)經(jīng)過計算機6 計算以后，可同時顯示物體位移、速度、加速度隨時間的變化，也可以顯示x-t、v-t、 a-t圖象，可以應(yīng)用于物理教學(xué)中。其原理是先確定第一個反射脈沖到達(dá) 的準(zhǔn)確時刻，根據(jù)反射波脈沖的特征，測量此后的反射波脈沖到達(dá)的準(zhǔn)確時刻， 計算后續(xù)脈沖與第一個反射脈沖的時間差。根據(jù)空氣中超聲波傳播速度，計算 獲得物體相對于起始位置的位移隨時間的變化情況，也可以計算物體位移的速 度、加速度隨時間變化的情況。
參見圖2，是本實用新型中的一個實施例的電路原理圖。微處理器單元5 連接驅(qū)動電路單元3，微處理器單元5是LPC2141型號，驅(qū)動電路單元3由 功能模塊SPX1117、電阻R (18、 19)、三極管T4組成，微處理器單元5啟 動驅(qū)動電路單元3 ，超聲波發(fā)生器1發(fā)出超聲波脈沖，被運動物體8反射到超 聲波接收器2 ，超聲波接收器2將接收到的信號送到信號處理電路單元4中處 理，經(jīng)過其中的放大電路、積分電路與整形電路處理，再由微處理器單元5送 到計算機6中計算分析，再到多媒體大屏幕裝置7上顯示。整個電路的連接關(guān) 系如圖2所示，集成塊I C 1是LM393，三極管T 1 、 T 2 、 T 3 、 T 4是 9016;電阻Rh680Q， R2=100K， R3 = 1K， R 4 =6802， R5R6R
1 O調(diào)整確定，R7=22K, R8=4.7K， R 9 二680Q， R11=6.8K， R12 =4.3K， R13=R14=10K， R15 = 100K， R16= R 17=6802， R18=R19 二10K， R20二510K， R21二10K， R22= R23=33Q;電容C1二C3二C！
7=0,15uf， C2=C4=4.7yf， C6=C8=10uf， B1—B2是40KHZ 超聲波轉(zhuǎn)換器。
權(quán)利要求1、利用超聲波測量運動物體位移的裝置，包括超聲波轉(zhuǎn)換器與功能模塊電 路，其特征是所說的功能模塊電路，包括驅(qū)動電路單元(3)、信號處理電路 單元(4)、微處理器單元(5)，微處理器單元(5)的輸出端接驅(qū)動電路單 元(3)的輸入端，驅(qū)動電路單元(3)的輸出端接超聲波轉(zhuǎn)換器的輸入端， 超聲波轉(zhuǎn)換器的輸出端接信號處理電路單元(4)的輸入端，信號處理電路 單元(4)的輸出端接微處理器單元(5)的輸入端，微處理器單元(5)上 有與計算機連接的接口。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所說的利用超聲波測量運動物體位移的裝置，其特征是 所說的信號處理電路單元(4)包括放大電路、積分電路與整形電路。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所說的利用超聲波測量運動物體位移的裝置，其特 征是所說的超聲波轉(zhuǎn)換器是超聲波發(fā)生器(1)與超聲波接收器(2);所說 的超聲波發(fā)生器(1)發(fā)出的超聲波采樣頻率為100H Z以上，超聲波量程為 土 100cm。
專利摘要本實用新型涉及教學(xué)器具，特別是應(yīng)用在物理教學(xué)中的一種利用超聲波測量運動物體位移的裝置。其特征是包括超聲波轉(zhuǎn)換器與功能模塊電路，功能模塊電路包括驅(qū)動電路單元(3)、信號處理電路單元(4)、微處理器單元(5)，微處理器單元(5)的輸出端接驅(qū)動電路單元(3)的輸入端，驅(qū)動電路單元(3)的輸出端接超聲波轉(zhuǎn)換器的輸入端，超聲波轉(zhuǎn)換器的輸出端接信號處理電路單元(4)的輸入端，信號處理電路單元(4)的輸出端接微處理器單元(5)的輸入端，微處理器單元(5)上有與計算機連接的接口。利用超聲波反射原理測量運動物體相對起始位移，實驗時，測量的精度在±0.2mm以下。應(yīng)用于物理教學(xué)中具有實時、準(zhǔn)確、經(jīng)濟、可視性好的優(yōu)點。
文檔編號G01S15/06GK201194027SQ20082008485
公開日2009年2月11日 申請日期2008年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月19日
發(fā)明者陳謙敢 申請人:陳謙敢