声速测量数据处理与思考题.doc

1、声速测量（1）用共振干涉法和相位比较法测声速有何相同和不同？相同之处： 都用连续波测量，均依靠示波器测量共振法：平行传播的声波与反射波产生干涉，形成驻波。改变半个波长的传播路程，驻波的波幅变化一个周期，从而可测得波长，乘以频率，得到声速。相位法： 比较接收波相对与发射波的相位差，改变一个波长的传播路径，相位变化 360 度，从而通过测看相位图 ，就可测得波长，乘以频率，得到声速。（2）声速测量试验中，定性分析共振法测量时声压振幅极大值随距离变大而减少的原因。这是由于声波在实际介质中传播时，由于扩散、吸收和散射等原因，会随着离开声源的距离增加而自身逐渐减弱。这种减弱与传播距离、声波频率和界面等因

2、素有关。而振幅的大小恰好表示波动能量的大小，所以随着声波的不断向前传播，振幅会逐渐变小。1. 传播衰减：点声源、面声源、线声源三种类型不同的声源，辐射出的声波波阵面形状不同，随着传播距离增加其扩散衰减的规律也不相同。2 吸收衰减：分为有空气吸收、绿色植被的吸收、气流和大气温度梯度的吸收。由于种种影响才会造成声波的衰减，在相同环境条件下，人耳可听到的声波范围为 20HZ20000HZ，根据频率越高，在传播过程中更易受空气等等各种的影响的道理，故衰减得比较快。声速测量实验数据处理：要求：（1）用逐差法处理数据，计算超声波的波长；（2）利用不确定度的间接传递，计算超声波传播速度的不确定度，并表示出测

3、量结果；（3）计算测量时声速的理论值，并与测量值比较，得出百分误差。1. 共振干涉法测声速实验数据记录 T=20 7.056KHzf共 振 频 率i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Li(mm) 4.71 9.36 14.1218.7323.43 28.02 32.86 37.74 42.32 46.78 51.56 56.3771182293310445512663.6471.92 m.30 .14.76.78.65.23.4.8 m.7.0.75 LLL12224. 290m=37.56.38.75 ()0.4 m1.57 3()()+()0.16 0. 756.iii

4、ABCABLvfLUnLULUvf仪 .78 m/s测量结果 ()3490.1%10.23%CvE声速的理论值 0273.57.5.4.1 m/st理测量值与理论值的百分误差 38.100.5vE理理2. 位相比较法测声速实验数据记录 T=20 37.056KHzf共 振 频 率i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Li(mm) 0 4.65 9.35 14.1918.8623.47 28.16 32.77 37.57 42.24 46.94 51.497118229331044551266.604.93 m.5.87 .4.03 6.19.675 .8.4.0 m.923.

5、67 LLL12224.85 29370m=.6.7.9 ()0.4 m1.57 3()()+()0.6 0.1 756.iiiABCABLvfLUnLULUvf仪 .53 m/s测量结果 ()470.1%10.6%CvE声速的理论值 0273.5273.5.4.1 m/st理测量值与理论值的百分误差 .03.10.1vE理理填空题1声速测量实验中，采用驻波共振法测量声速时，要使函数信号发生器的输出频率等于换能器的谐振频率，并且在实验过程中保持不变。 2声速测量实验使用的声速测量仪，是利用压电晶体的压电效应，在交变电压的作用下使压电体产生机械振动，从而在空气中激发出超声波。3声波的传播速度 v

6、，声源的振动频率 f 和声波波长 之间的关系为 v=f。声速测量实验测波长常用的方法有共振干涉法和位相比较法。4声速测量实验中是通过压电晶体的压电效应来发射和接收声波。6声速测量采用位相比较法测波长时，可通过示波器观察李萨如图形判断相位差。李萨如图形一般是稳定的椭圆。当相位差为 0 或 时，椭圆变为倾斜的直线。 7声速测量采用共振干涉法测波长时，当接收端面与发射端面之间的距离恰好等于半波长的整数倍时，叠加后的波形成驻波。此时相邻两波节（或波腹）间的距离等于半个波长。简答题 1. 实验中为什么要在超声换能器谐振状态下测量？ 答：在谐振状态下超声换能器的纵向伸缩幅度大，发射的声波强；接收换能器接收

7、的声压大，输出的电信号强。这样，可以提高测量的灵敏度，较为准确的确定驻波的波节，有利于准确地测量声波的波长。2. 实验中怎样找到超声换能器的谐振频率？ 答：实验中所使用的超声换能器的谐振频率在 3040kHz 之间，可以通过以下两种方法找到换能器的谐振频率。 （1）方法一：根据发射换能器的谐振指示灯调节 逆时针调节函数信号发生器的“电源开关幅度调节” （AMPLITUDE POWER）旋钮，调节到约为最大位置的三分之二。在输出频率 3040kHz 范围内仔细调节“频率微调”（FINE）旋钮，使声波发射换能器旁边的指示灯点亮。这时，信号发生器的输出频率即为换能器的谐振频率。 （2）方法二：根据接

8、收换能器的输出信号调节 调节两换能器发射面和接收面之间的距离约为 1cm 左右，用示波器观察接收换能器的输出信号，在输出频率 3040kHz 范围内仔细调节函数信号发生器的“频率微调” （FINE）旋钮，使接收换能器的输出电压信号最大。此时，信号发生器的输出频率等于换能器的谐振频率。 3. 相位比较法测量声速时，怎样才能在示波器上观察到李萨如图形？选择什么样的李萨如图形进行测量？答：采用相位比较法进行测量时需要判断相位差，通过示波器观察李萨如图形可以判断相位差。李萨如图形可以由两个相互垂直的简谐振动的叠加形成。因此，为了在示波器上观察到李萨如图形，发射换能器的输入信号和接收换能器的输出信号必须

9、一个作为示波器的“Y”输入，另一个作为“X”输入。实验中，可以将发射换能器的输入信号接示波器的“Y”输入；将“拉 Y1（X） ”旋钮拉出，接收换能器的输出信号接“X”输入。适当调节Y1 和 Y2两个通道的灵敏度选择开关以及“X”和“Y”位移旋钮，可以在示波器上观察到完整的李萨如图形。实验中由于输入示波器的是频率严格一致两个信号，因此李萨如图形一般是稳定的椭圆。当相位差为 0 或 时，椭圆变为倾斜的直线。测量时选择判断比较灵敏的直线形李萨如图形进行测量。以某一个直线位置作为测量的起点，相位差每变化 即距离变化半个波长，李萨如图形从斜率为正或负的直线变为负或正的直线。 4. 实验中为什么要使换能器

10、发射面和接受面要保持相互平行？答：换能器发射面发出的声波经空气传播到接受面，接受面在接收声波信号的同时反射部分声波信号。当接收面与发射面严格平行，入射波即在接收面上垂直反射，入射波与反射波在发射面与接受面之间相干涉形成驻波。5. 实验中信号发生器和示波器各起什么作用？答：利用信号发生器提供数十千赫兹频率的交流电信号，利用示波器来观察经换能器接收面产生的电信号波形。6. 用共振干涉法和位相比较法测声速有何不同和相同？答：两种测量声速的方法都是利用 来计算声速。不同点在于对波长的测量方法vf不用，共振干涉法是测量入射声波与反射声波形成的驻波波长；位相比较法是通过比较入射波和反射波的相位差来确定波长。7. 不用波长的声波在相同介质中声速相同吗？为什么？答：相同。因为声波是一种在弹性媒质中传播的纵波，声速是振动状态的传播速度，它的大小只与媒质的弹性、密度和温度有关，在一定的媒质中，声速为常数。