[发明专利]一种电信号激励下液面法拉第驻波产生方法

说明书

本发明涉及一种电信号激励下液面法拉第驻波产生方法。本发明基于波动理论中波在液体与固体间的传播特性，由信号发射器发出信号，经信号放大器放大，通过示波器对信号频率、电压、波形进行监测并调制，将稳定的电信号传输至换能器，换能器将电信号进行能量转化，并在通过顶部输出垂直激励下的信号波，传输至信号胶状传输层，胶状传输层可直接作用于液体底部，并经垂直液面方向的垂直波动与平行于液面方向的横向波动共同作用，在液体表面形成三维法拉第驻波。本发明能够清晰地演示和诠释三维驻波波动现象，便于理解法拉第驻波形成原理，并且操作方便、直观性强、趣味性高、丰富了物理实验实践教学。

技术领域

本发明属于驻波理论及其应用领域，涉及一种电信号激励下液面法拉第驻波产生方法。

背景技术

波动及驻波理论是大学物理的基本教学内容之一，目前大学物理实验中涉及驻波理论的是振动弦驻波实验，在此实验中，仪器只能发挥演示效果，实验者无法对驻波的频率、周期、振动幅值进行精确测量。在实验教学中通常以光为载体展现相应干涉、衍射条纹等实验现象来反映相应的波动理论，实验演示现象通常都是二维结构，并且实验操作繁琐，光路调节难度大、难于直观理解，同时为使实验现象清晰，实验环境需要黑暗、封闭，造成学生眼睛疲劳，空气不通畅等问题。

另一方面，目前流体力学中存在流体界面三大不稳定性，即重力与惯性力作用的Rayleigh-Taylor不稳定性，界面切向速度差造成的Helmholtz不稳定性，及激波与界面相互作用产生的Richtmyer-Meshkov（RM）不稳定性，成为流体力学中的研究热点和重要的研究领域之一。液面法拉第驻波是属于典型的RM不稳定性问题，在日常生活和工程普遍存在，如（江或海）水面、湖面、以及池面受到激励信号时，液面产生的波动行为，以及液体输运过程中的液面晃动与共振，微重力作用下燃料舱内液体燃料与机身发生共振导致的飞行轨迹偏移等等。因此，如何理解液面法拉第驻波的形成机理，掌握法拉第驻波液面波动行为模态的变化规律，对于具有重要的现实意义。

发明内容

本发明主要目的是提供一种能量传递效率高，结构简单，操作方便，直观性强、趣味性高的法拉第驻波发生方法，用于高校、中小学、及科技馆等实验教学与演示装置行业。

本发明的主要构思原理：基于波动理论中波在液体与固体间的传播特性，由信号发射器发出信号，经信号放大器放大，通过示波器对信号频率、电压、波形进行监测并调制，将稳定的电信号传输至换能器，换能器将电信号进行能量转化，并在通过顶部输出垂直激励下的信号波，传输至信号胶状传输层，胶状传输层可直接作用于液体底部（或容器自身底部），并经垂直液面方向的垂直波动与平行于液面方向的横向波动共同作用（各方向波/反射波叠加），在液体表面形成三维法拉第驻波。

本发明的有益效果：本发明能够清晰地演示和诠释三维驻波波动现象，便于理解法拉第驻波形成原理，并且操作方便、直观性强、趣味性高、丰富了物理实验实践教学；同时能够进行驻波液面模态行为进行分析，研究液体表面震荡和共振波动现象，避免液体运输中广泛存在的液面波动、及液体与运输罐共振导致的运输安全问题。

附图说明

图1为本发明方法所使用的一种装置结构示意图。

图2为本发明方法所使用的另一种装置结构示意图。

图3为本发明方法所使用的再一种装置结构示意图。

图4为本发明方法所产生的单峰效果图。

图5为本发明方法所产生的双峰效果图。

图6为本发明方法所产生的三峰效果图。

图7为本发明方法所产生的四峰效果图。

具体实施方式