聲速測(cè)量數(shù)據(jù)處理與思考題

1、百度文庫(kù)-讓每個(gè)人平等地提升自我聲速測(cè)量(1) 用共振干涉法和相位比較法測(cè)聲速有何相同和不同？相同之處： 都用連續(xù)波測(cè)量，均依靠示波器測(cè)量共振法：平行傳播的聲波與反射波產(chǎn)生干涉， 形成駐波。改變半個(gè)波長(zhǎng)的傳播路 程，駐波的波幅變化一個(gè)周期，從而可測(cè)得波長(zhǎng)，乘以頻率，得到聲速。相位法：比較接收波相對(duì)與發(fā)射波的相位差，改變一個(gè)波長(zhǎng)的傳播路徑，相位 變化360度，從而通過(guò)測(cè)看相位圖，就可測(cè)得波長(zhǎng)，乘以頻率，得到聲速。(2) 聲速測(cè)量試驗(yàn)中，定性分析共振法測(cè)量時(shí)聲壓振幅極大值隨距離變大而減少 的原因。這是由于聲波在實(shí)際介質(zhì)中傳播時(shí)，由于擴(kuò)散、吸收和散射等原因，會(huì)隨著離開(kāi) 聲源的距離增加而自身逐漸減弱。

2、 這種減弱與傳播距離、聲波頻率和界面等因素 有關(guān)。而振幅的大小恰好表示波動(dòng)能量的大小，所以隨著聲波的不斷向前傳播， 振幅會(huì)逐漸變小。1傳播衰減：點(diǎn)聲源、面聲源、線聲源三種類型不同的聲源，輻射出的聲波波 陣面形狀不同，隨著傳播距離增加其擴(kuò)散衰減的規(guī)律也不相同。2 .吸收衰減：分為有空氣吸收、綠色植被的吸收、氣流和大氣溫度梯度的吸收。 由于種種影響才會(huì)造成聲波的衰減， 在相同環(huán)境條件下，人耳可聽(tīng)到的聲波范圍 為20HZ20000HZ根據(jù)頻率越高，在傳播過(guò)程中更易受空氣等等各種的影響的 道理，故衰減得比較快。聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：要求：(1)用逐差法處理數(shù)據(jù)，計(jì)算超聲波的波長(zhǎng)；(2) 利用不確定度的

3、間接傳遞，計(jì)算超聲波傳播速度的不確定度，并表示出測(cè)量結(jié)果;(3) 計(jì)算測(cè)量時(shí)聲速的理論值，并與測(cè)量值比較，得出百分誤差。1. 共振干涉法測(cè)聲速實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄共振頻率 f 37.056 KHz T=20 Ci123456789101112i(mm)L1L7L132.864.714.692 mm66L2L8L237.749.364.730 mm66L3L9L342.3214.124.700 mm66L4L10L446.7818.734.675 mm66L5L11L551.5623.434.688 mm66L6丿L12L656.3728.024.725 mm66l1 6Li4.702 mm6 i 12

4、L 9.404 mmv =f37.056 9.404348.475 mmUa(L)2LiL0.00884 mmUc(Uc(Ub(L)L)Uc(v)儀 0.010.00577 mm，.3、.UA( L)2 + Ub( L)20.0106 mm2Uc(L)0.0212 mmfUc(37.056 0.02120.786 m/s7V UC (v)348.48 0.79 m/s測(cè)量結(jié)果EvUc(v)100%V0 79100% 0.23%348.48聲速的理論值273.5 tV0273.5331.52735 20343.41 m/s273.5 zh八、口*' v v理丨348.48 343.41測(cè)

5、量值與理論值的百分誤差E 100% 100% 1.5%V理343.41 /2. 位相比較法測(cè)聲速實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄共振頻率 f 37.056 KHz T=20 Ci123456789101112i(mm)0Li66L8L232.774.6566L9L337.579.3566L10L442.2414.1966L11L546.9418.8666L12L651.4923.4728.16 04.703 mm4.675 mm4.680 mm66L2L5L4L3L7L1mm4.687 mm4.670 mm1 6-Li6 i 14.685 mmv =fUa(L 9.370 mmL)37.056 9.370347.

6、299 mm2LiL0.00497 mmUc(Uc(Ub(L)L)Uc(v)測(cè)量結(jié)果儀 0.010.00577 mm，.3、.UA( L)2 + Ub( L)20.00762 mm2Uc(fUc(聲速的理論值L)Ev0.0152 mm37.056 0.01520.563 m/sV UC (v)347.30 0.57 m/sUc(v)100%V273.5 tV0273.5測(cè)量值與理論值的百分誤差 0 57100% 0.16%347.30331.52735 20343.41 m/s273.5100% |347.30 34341343.41100% 1.1%填空題1.聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)中，采用駐波共振法測(cè)

7、量聲速時(shí)，要使函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率等 于換能器的諧振頻率，并且在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中保持不變。2. 聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)使用的聲速測(cè)量?jī)x，是利用壓電晶體的壓電效應(yīng)，在交變電壓的作用 下使壓電體產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，從而在空氣中激發(fā)出超聲波。3. 聲波的傳播速度 v,聲源的振動(dòng)頻率f和聲波波長(zhǎng)入之間的關(guān)系為v=f入。聲速測(cè) 量實(shí)驗(yàn)測(cè)波長(zhǎng)常用的方法有共振干涉法和位相比較法。4聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)中是通過(guò)壓電晶體的壓電效應(yīng)來(lái)發(fā)射和接收聲波。6聲速測(cè)量采用位相比較法測(cè)波長(zhǎng)時(shí)，可通過(guò)示波器觀察李薩如圖形判斷相位差。李 薩如圖形一般是穩(wěn)定的橢圓。當(dāng)相位差為0或n時(shí)，橢圓變?yōu)閮A斜的直線。7.聲速測(cè)量采用共振干涉法測(cè)波長(zhǎng)時(shí)，當(dāng)接收端面與發(fā)

8、射端面之間的距離恰好等于半_波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí),疊加后的波形成駐波。此時(shí)相鄰兩波節(jié)(或波腹)間的距離等于半個(gè)波長(zhǎng)。簡(jiǎn)答題1. 實(shí)驗(yàn)中為什么要在超聲換能器諧振狀態(tài)下測(cè)量？答：在諧振狀態(tài)下超聲換能器的縱向伸縮幅度大，發(fā)射的聲波強(qiáng)；接收換能器接收 的聲壓大，輸出的電信號(hào)強(qiáng)。這樣，可以提高測(cè)量的靈敏度，較為準(zhǔn)確的確定駐波的波節(jié)， 有利于準(zhǔn)確地測(cè)量聲波的波長(zhǎng)。2. 實(shí)驗(yàn)中怎樣找到超聲換能器的諧振頻率？答：實(shí)驗(yàn)中所使用的超聲換能器的諧振頻率在3040kHz之間，可以通過(guò)以下兩種方法找到換能器的諧振頻率。(1) 方法一：根據(jù)發(fā)射換能器的諧振指示燈調(diào)節(jié)逆時(shí)針調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的“電源開(kāi)關(guān)幅度調(diào)節(jié)”(AMPLITU

9、D田OWE)旋鈕，調(diào)節(jié)到約為最大位置的三分之二。在輸出頻率3040kHz范圍內(nèi)仔細(xì)調(diào)節(jié)“頻率微調(diào)”(FINE)旋鈕，使聲波發(fā)射換能器旁邊的指示燈點(diǎn)亮。這時(shí)，信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率即為換能器的諧振頻率。(2) 方法二：根據(jù)接收換能器的輸出信號(hào)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)兩換能器發(fā)射面和接收面之間的距離約為1cm左右，用示波器觀察接收換能器的輸出信號(hào)，在輸出頻率 3040kHz范圍內(nèi)仔細(xì)調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的“頻率微調(diào)”(FINE)旋鈕，使接收換能器的輸出電壓信號(hào)最大。此時(shí)，信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率等于換能器的諧振頻率。3. 相位比較法測(cè)量聲速時(shí)，怎樣才能在示波器上觀察到李薩如圖形？選擇什么樣的 李薩如圖形進(jìn)行測(cè)量？答：采用

10、相位比較法進(jìn)行測(cè)量時(shí)需要判斷相位差，通過(guò)示波器觀察李薩如圖形可以判 斷相位差。李薩如圖形可以由兩個(gè)相互垂直的簡(jiǎn)諧振動(dòng)的疊加形成。因此，為了在示波器上觀察到李薩如圖形，發(fā)射換能器的輸入信號(hào)和接收換能器的輸出信號(hào)必須一個(gè)作為示波器的“ Y”輸入，另一個(gè)作為“ X”輸入。實(shí)驗(yàn)中，可以將發(fā)射換能器的輸入信號(hào)接示波器的“Y”輸入；將“拉 Y（X）”旋鈕拉出，接收換能器的輸出信號(hào)接“X”輸入。適當(dāng)調(diào)節(jié) Y和Y2兩個(gè)通道的靈敏度選擇開(kāi)關(guān)以及“ X”和“Y”位移旋鈕，可以在示波器上觀察到完整的李薩 如圖形。實(shí)驗(yàn)中由于輸入示波器的是頻率嚴(yán)格一致兩個(gè)信號(hào)，因此李薩如圖形一般是穩(wěn)定的橢圓。當(dāng)相位差為0或n時(shí)，橢圓變

11、為傾斜的直線。 測(cè)量時(shí)選擇判斷比較靈敏的直線形李薩 如圖形進(jìn)行測(cè)量。以某一個(gè)直線位置作為測(cè)量的起點(diǎn)，相位差每變化n即距離變化半個(gè)波長(zhǎng)，李薩如圖形從斜率為正或負(fù)的直線變?yōu)樨?fù)或正的直線。4. 實(shí)驗(yàn)中為什么要使換能器發(fā)射面和接受面要保持相互平行？答：換能器發(fā)射面發(fā)出的聲波經(jīng)空氣傳播到接受面，接受面在接收聲波信號(hào)的同時(shí)反射部分聲波信號(hào)。當(dāng)接收面與發(fā)射面嚴(yán)格平行，入射波即在接收面上垂直反射，入射波與反射波在發(fā)射面與接受面之間相干涉形成駐波。5. 實(shí)驗(yàn)中信號(hào)發(fā)生器和示波器各起什么作用？答：利用信號(hào)發(fā)生器提供數(shù)十千赫茲頻率的交流電信號(hào)，利用示波器來(lái)觀察經(jīng)換能器 接收面產(chǎn)生的電信號(hào)波形。6. 用共振干涉法和位相比較法測(cè)聲速有何不同和相同？答：兩種測(cè)量聲速的方法都是利用