一种声波三维显示装置及声波波长测量方法

技术领域

本发明涉及声波成像技术领域和声波测量技术领域，具体涉及一种声波三维显示装置及声波波长测量方法。

背景技术

声波是声音的传播形式，发出声音的物体称为声源。声波是一种机械波，由声源振动产生，声波可以理解为介质偏离平衡态的小扰动的传播，这个传播过程只是能量的传递过程，而不发生质量的传递，如果扰动量比较小，则声波的传递满足经典的波动方程，是线性波，如果扰动很大，则不满足线性的声波方程，会出现波的色散，和激波的产生。

声音始于空气质点的振动，如吉他弦、人的声带或扬声器纸盆产生的振动。这些振动一起推动邻近的空气分子，而轻微增加空气压力，压力下的空气分子随后推动周围的空气分子，后者又推动下一组分子，依此类推。高压区域穿过空气时，在后面留下低压区域。

目前，现有技术没有一种直接三维显示声波的装置，现有技术没有一种直接测量声波波长的方法。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种声波三维显示装置，本发明的第二个目的在于提供一种声波波长测量方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述第一个目的，本发明提供如下技术方案：一种声波三维显示装置，包括超声波换能器、固定板、反射板、腔体、支架和底座，所述腔体由透明材料构成，所述腔体的底部设有通槽，所述腔体的底部设有支架，所述支架为U型支架，所述U型支架的两端分别与腔体的底部相连，所述支架内部设有底座，所述底座的一端与支架相连，所述腔体内部设有固定板、反射板和超声波换能器，所述固定板位于腔体内部的一端，所述固定板的一端与腔体的顶部连接，所述固定板的另一端与腔体的底部连接，所述固定板上设有超声波换能器，所述超声波换能器的一端与固定板连接，所述腔体外设有两个信号接收器，所述信号接收器的一端穿过腔体和固定板与超声波换能器相连，所述反射板位于腔体内部的另一端，所述反射板与固定板平行放置，所述反射板底部设有支撑杆，所述支撑杆的一端与反射板连接，所述支撑杆的另一端穿过通槽与底座活动连接，所述腔体的一侧面设有进气口，所述腔体外设有送气装置，所述送气装置上设有气管，所述气管的一端与腔体的进气口相连，所述气管的另一端与送气装置相连，所述送气装置用于向腔体内输送示踪粒子。

其中，所述底座的一侧面设有刻度，所述腔体的一侧面设有刻度。

其中，所述固定板和反射板为金属板。

其中，所述信号接收器接收的射频信号范围为10kHz~100kHz。

其中，所述示踪粒子为气溶胶、粉尘或雾化微型水滴，所述示踪粒子的直径大小的范围为100nm~10um。

为实现上述第二个目的，本发明提供如下声波波长测量方法，包括三个步骤：一、打开送气装置向腔体内持续送入示踪粒子，待示踪粒子充满腔体后持续送气，一直到示踪粒子在腔体内基本稳定分布；

二、向信号接收器发送射频信号，信号接收器将信号传给超声波换能器，超声波换能器根据射频信号发出声波，移动反射板，当固定板和反射板之间出现清晰的疏密相间示踪粒子分布之后，停止移动反射板；

三、根据底座上的刻度记录下当前反射板的位置，然后继续沿着同一方向移动反射板，将看到示踪粒子逐渐从清晰的疏密相间分布变成模糊，尔后再次清晰起来，根据底座上的刻度记录下当前反射板的位置，两次位置之差即是声波波长的一半。

进一步地，所述步骤三还可以为：根据腔体上的刻度测量示踪粒子相邻N个最稀疏或最密集点之间的距离，所得距离除以N之后乘以2即可得所测波长。

本发明的有益效果在于：本发明公布了一种声波三维显示装置，该装置能够三维显示声波在空气中分布的情况，利用该装置能够直接测量声波的波长。

附图说明

图1为本发明一种声波三维显示装置的结构示意图。

附图标记解释：1腔体，2支架，3底座，4超声波换能器，5固定板，6反射板，7支撑杆，8信号接收器，9送气装置，10气管。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，一种声波三维显示装置，包括超声波换能器4、固定板5、反射板6、腔体1、支架2和底座3，所述腔体1由透明材料构成，所述腔体1的底部设有通槽，所述腔体1的底部设有支架2，所述支架2为U型支架2，所述U型支架2的两端分别与腔体1的底部相连，所述支架2内部设有底座3，所述底座3的一端与支架2相连，所述底座3上设有横截面为T型的滑槽，所述腔体1内部设有固定板5、反射板6和超声波换能器4，所述固定板5位于腔体1内部的一端，所述固定板5的一端与腔体1的顶部连接，所述固定板5的另一端与腔体1的底部连接，所述固定板5上设有超声波换能器4，所述超声波换能器4的一端与固定板5连接，所述腔体1外设有两个信号接收器8，所述信号接收器8的一端穿过腔体1和固定板5与超声波换能器4相连，所述反射板6位于腔体1内部的另一端，所述反射板6与固定板5平行放置，所述反射板6底部设有支撑杆7，所述支撑杆7的一端与反射板6连接，所述支撑杆7的另一端设有T型结构，所述T型结构与底座3上横截面为T型的滑槽相适配，所述支撑杆7的一端的T型结构穿过通槽与底座3上的滑槽活动连接，所述腔体1的一侧面设有进气口，所述腔体1外设有送气装置9，所述送气装置9上设有气管10，所述气管10的一端与腔体1的进气口相连，所述气管10的另一端与送气装置9相连，所述送气装置9用于向腔体1内输送示踪粒子，所述底座3的一侧面设有刻度，所述腔体1的一侧面设有刻度，所述固定板5和反射板6为金属板，所述信号接收器8接收的射频信号范围为10kHz~100kHz，所述示踪粒子为气溶胶、粉尘或雾化微型水滴，所述示踪粒子的直径大小的范围为100nm~10um。

在本实施例中，送气装置9为超声波雾化器，示踪粒子为含有红色染色剂的微小水滴，使用本装置时，超声波雾化器将含有红色染色剂的水雾化成一微米左右的微小水滴后，再将微小水滴持续送入腔体1内，待微小水滴充满腔内后持续送气，一直到微小水滴在腔内基本稳定分布，再给信号接收器8发送20kHz的射频信号，信号接收器8将信号传给超声波换能器4，当外接的射频信号与超声换能器的共振频率相同时，超声换能器即可发生强烈的共振，从而带动周边空气产生声波，移动反射板6，当固定板5和反射板6这两块平行金属板之间的距离等于半波长的整数倍时，在固定板5和反射板6之间可形成稳定的声学驻波，沿着驻波方向形成疏密相间的波腹和波节，根据声学辐射压力理论，若有微小粒子处于驻波存在的空间，微小粒子将处于波节位置，若微小粒子偏离波节时会受到指向波节的辐射压力而回归到波节位置，据此原理，在固定板5和反射板6随机均匀分布众多微小水滴，这些微小水滴将在声学辐射压力作用之下分布在各个波节位置，而波腹位置几乎没有微小水滴存在，将在驻波空间看到这些微小水滴呈现疏密相间分布，与声学驻波的波腹波节位置完全对应，从而能够观察到声波在空气中三维分布的情况。

本发明提供如下声波波长测量方法，包括三个步骤：一、打开超声波雾化器向腔体1内持续送入含有红色染色剂的微小水滴，待微小水滴充满腔体1后持续送气，一直到微小水滴在腔体1内基本稳定分布；

二、向信号接收器8发送20kHz射频信号，信号接收器8将信号传给超声波换能器4，超声波换能器4根据射频信号发出声波，向固定板5方向移动反射板6，当固定板5和反射板6之间出现清晰的疏密相间微小水滴分布之后，停止移动反射板；

三、根据底座3上的刻度记录下当前反射板6的位置，然后继续沿着同一方向移动反射板6，将看到微小水滴逐渐从清晰的疏密相间分布变成模糊，尔后再次清晰起来，根据底座3上的刻度记录下当前反射板6的位置，两次位置之差即是声波波长的一半。

进一步地，所述步骤三还可以为：根据腔体1上的刻度测量微小水滴相邻N个最稀疏或最密集点之间的距离，所得距离除以N之后乘以2即可得所测波长，所述N大于等于2。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。