声速测量实验装置扩展应用

通过对声速测量装置进行适当的改进,使其既能测量空气中的声速,也能测量水、甘油等液体中的声速,减少重复购置仪器的投资,提高了仪器的利用率.     

多普勒效应测量声速实验的设计

介绍了设计性实验"多普勒效应测量声速."该实验要求学生理解多普勒效应测量声速的原理,利用气垫导轨实验和声速的测定实验仪器,设计出一套多普勒效应测量声速的实验装置,并利用该实验装置测量声速.     

智能声速测量仪

针对大学物理实验中声速测量装置存在的缺陷,对仪器进行了改进.运用物理实验中的共振干涉法,利用单片机、步进电机搭建的基本框架,结合AD采样、设计运放电路,形成一套智能控制的声速测量系统,来代替人的手工操作,降低了实验的误差,提高了实验精确度.     

可变温声速测量仪的设计制作

本文介绍一种用简易低频数字信号发生器做信号源,用晶体管PN结做温度传感器,用电压值显示相关测量位置声波振幅大小,频率、温度均可调可控的可闻声声速测量装置。该装置可在多种不同频率下测量声速,测量时不需要示波器,运行成本低,抗干扰能力强、噪音小,测量结果准确。     

超声多普勒效应测量声速实验设计

利用多普勒效应来测量声速是大学物理中的一个重要的实验。本文介绍了设计性实验"超声多普勒效应测量声速",利用多普勒效应综合实验仪,设计出一套超声多普勒效应测量声速的实验装置,并利用该实验装置测量声速。     

基于超声波干涉的峰谷法计算声速值及实验误差探讨

介绍了基于Cassy Lab软件下的超声波干涉实验,提出了利用超声波干涉现象测量声速的方法.根据干涉理论推导了峰谷法测量声速的计算公式.分析和探讨了峰谷法计算声速的误差来源和改进方法.     

基于AD8302的相位差法测声速

对相位差法测量声速实验进行了改进,改进后的宽频带相位差测量系统由AD8302相位差测量芯片、运放电路和MSP430单片机构成,可以直接测量发射信号与接收信号之间的相位差,实现了相位测量的数字化,提高了声速的测量精度.     

声速测量实验方法的改进

基于虚拟仪器的设计原理,针对振幅法测量声速实验中存在的问题进行了改进,设计了一个基于单片机的声速测量实验系统.该系统中,单片机对接收端信号进行采样并控制端面匀速移动.采集到的数据序列传输到PC机进行中值滤波,由快速傅里叶变换对序列进行预处理,再进行较精确的极值点检测,并通过线性回归方法对结果进行校正.该改进装置提高了实验的准确性和自动化程度,作为原实验方法的有益补充,可应用于大学基础物理实验及课堂演示教学环节,也可应用于声波近场区传播规律的研究.     

一种回波重合法装置

超声脉冲“回波重合法”是目前广泛采用的声速测量方法.其原理是:通过对造成任一rf脉冲中两回波重合的扫描频率测量,以确定超声波在样品中往返传播所经历的时间.用这种方法测量超声波传播时间,精度比较高.为了保证和提高这种精度,我们对装置的稳定性、同步、回波重合的分辨本领都作了改进. 在一般的“回波重合法”装置中[1],rf脉冲和驱动回波重合的信号源,稳定性不太高.当载波频率作较大变动时,载波波形易畸变,载波频率也不能直接测量.这些缺点都会影响声速测量精度.对于需作长时间观测的实验,由于载波频率和扫描频率稳定度不够高,还会引起…     

利用自发布里渊散射测量液体声速

为了克服共振干涉法在液体的热力学声速和高频声速测量方面精度不高的问题, 本文建立了一种基于自发布里渊散射原理的测定液体声速的实验装置. 利用法布里-珀罗干涉仪对散射光进行扫描滤波, 数据采集卡结合光子计数器对散射光进行探测, 设计了一种散射光信息采集分析方法. 该实验方法有效的解决了传统布里渊散射方法中信号失真的问题, 显著地提升了液体声速测量精度. 对308.6–906.2 MHz内298.15 K饱和液相CCl₄声速进行了测量, 测量结果与文献值具有较好一致性. 利用法布里-珀罗干涉仪周期性扫描的滤波原理, 通过在测量得到的布里渊频移上加减整数倍个自由波谱区, 得到了更大频率的波谱信息, 进而设计一种测定介质高频声速的方法. 对CCl₄在5406.1–5521.0 MHz频段内的声速进行了测量. 实验结果显示, CCl₄的热力学声速随频率无明显变化, 而高频声速随频率的增大呈增大趋势且远大于热力学声速, 证实CCl₄具有色散现象.     

声速测量及声波干涉演示仪器的研制

本介绍了声波干涉、反射的两种物理演示仪器的研制,一种是通过调节波导管中液面的高度形成驻波,实现对声速的测量;另一种是由一个信号发生器驱动两个扬声器,这两个相干的声源在自由空间中形成强弱变化的声波干涉。本分别介绍了这两种装置的原理、制作及使用效果。     

电子琴频谱的实验研究

介绍一个学生实验，用最基本的频谱分析方法，以ＣＡＳＩＯ ＭＴ－１８电子琴作声源，对其中四种模拟乐器乐音信号的频谱进行测量及分析。     

使用脉冲声和矢量传声器的现场测量吸声系数*

使用不同声源利用矢量传声器对毛毡材料进行现场吸声系数测试,研究了不同背景下不同声源的抗噪能力。矢量传声器可以同时测得声压和质点振速信号,进而可计算得到阻抗,利用自由空间和材料表面的阻抗可计算得到材料的吸声系数。在此次试验中,使用不同声源分别在无干扰和有一白噪声干扰源的两种情况下进行测试。结果表明,使用对数扫频脉冲和巴特沃斯脉冲测试所得的吸声系数曲线更平滑,说明脉冲声可以有效降低环境反射的影响,在高噪声背景下使用对数扫频脉冲测试所得的结果基本没有受到背景噪声的影响,说明对数扫频脉冲的抗噪能力更强。因此,使用对数扫频脉冲作为声源进行测试可有效减弱环境反射和背景噪声的影响。     

相位调制型光电音频检测方法的分析计算与仿真

分析了相位调制型音频光电检测方法的可行性,对四步移相法测量声音的光电转换方法进行了计算与分析。结果表明,该种光电检测方法在声音的光电检测应用过程中,振动膜片和探测器位置定位的选择对检测精度起着决定性的作用。该环节直接影响整个检测系统的声音频谱范围和动态范围。     

Fundamental aspects of pulse phase-locked loop technology-based methods for measurement of ultrasonic velocity.

A new instrument based on a constant frequency pulse phase-locked loop concept has been developed to accurately measure the ultrasonic phase velocity in condensed matter. Measurements of the sound velocity in ultrapure water are reported in which both damped and undamped transducers are used with the instrument together with reflectors of various thicknesses placed in the sound propagation path. An analysis of measurements made with the new instrument and similar measurements, taken under identical experimental conditions, using a popular variable frequency pulsed-phase-locked loop instrument is reported. Uncertainties in both measurement systems are analyzed and discussed. A method for measuring inherent phase shifts, not addressed by previous investigators, within the variable frequency pulsed phase-locked loop system and a derivation of the equations that govern the overall use of variable frequency systems using phase-sensitive comparisons are presented. The effects of a finite pulse length on the measurements of phase velocity in dispersive media are addressed in detail.     

环境因素对海-气界面低频异常声透射的影响研究

针对海中声源在海-气界面低频异常声透射问题, 根据两层媒质声传输模型, 分析了大气声速和密度与气压、气温、湿度及海水中声速和密度与海温、盐度间的关系, 研究了低频声透射和传输受温度、气压、盐度、湿度等因素的影响, 分析了各因素对声透射和传输的影响程度. 结果表明: 1) 声透射到大气中的声功率与气温、湿度负相关, 与海温、盐度、气压正相关; 2) 单极子与水平偶极子声源辐射到海中的声功率与海温、盐度负相关, 而垂直偶极子声源辐射到海中的声功率与海温、盐度正相关; 3) 声透射指向性与海温正相关, 与气温负相关; 4) 低频声透射受温度影响最大, 其次是盐度, 受气压和湿度影响较小, 垂直偶极子声源的声透射受温度影响大于水平偶极子和单极子声源.     

Aeroacoustics of the swinging corrugated tube: voice of the Dragon

When one swings a short corrugated pipe segment around one's head, it produces a musically interesting whistling sound. As a musical toy it is called a "Hummer" and as a musical instrument, the "Voice of the Dragon." The fluid dynamics aspects of the instrument are addressed, corresponding to the sound generation mechanism. Velocity profile measurements reveal that the turbulent velocity profile developed in a corrugated pipe differs notably from the one of a smooth pipe. This velocity profile appears to have a crucial effect both on the non-dimensional whistling frequency (Strouhal number) and on the amplitude of the pressure fluctuations. Using a numerical model based on incompressible flow simulations and vortex sound theory, excellent predictions of the whistling Strouhal numbers are achieved. The model does not provide an accurate prediction of the amplitude. In the second part of the paper the sound radiation from a Hummer is discussed. The acoustic measurements obtained in a semi-anechoic chamber are compared with a theoretical radiation model. Globally the instrument behaves as a rotating (Leslie) horn. The effects of Doppler shift, wall reflections, bending of the tube, non-constant rotational speed on the observed frequency, and amplitude are discussed.     

Parametric study on sound radiation from an infinite fluid-filled/semi-submerged cylindrical shell

This work presents the parametric study on the far-field sound pressure radiated from an infinite fluid-filled/semi-submerged cylindrical shell excited by a radial point load. Here, the exterior fluid is non-viscous, isotropic and irrotational coaxial flow. The formula of the radial velocity of the shell in wave-number domain is developed by using the wave-number domain approach (WDA). Then, the analytic expressions are derived for the far-field sound pressure radiating from the shell by using the same method presented in Salaün [Journal of the Acoustical Society of America 90 (1991) 2173]. The influences of parameters such as fluid velocity, structural damping, position of the force, and structural thickness on the far-field sound pressure are investigated. The sound pressure is shown to be very different from the one in the case of a fluid-filled/full-submerged cylindrical shell. Furthermore, it is shown that the pressure and the resonance frequency would increase with the fluid velocity increasing for downstream propagation. The reverse is true for upstream propagation. Moreover, the far-field sound pressure is related to the position and frequency of the excited force. In addition, the influences of structural damping and thickness are shown to be very important.     

以虚拟仪器为平台的声学实验

基于计算机声卡和Adobe Audition软件制作了声学虚拟仪器,可实现示波器、信号发生器和频率计算仪器功能,并介绍了此声学虚拟仪器在双音多频信号DTMF的研究、声速的测量和变音钟实验中的具体应用.