驻波声场中悬浮临界密度及稳定性研究

本文以声场中物体为研究对象,理论上得到行波和驻波场中的声辐射压力方程.在驻波声场中引入临界悬浮密度概念,可作为物体能否在非线性声场中悬浮的判据,同时给出谐振腔移动速度的最大范围.更进一步,以实验参数作为数值计算的输入来指导实验,并结合实验结果讨论了驻波声场中样品密度和大小、发射面和反射面形状以及两者之间的距离、反射面的尺寸等因素对物体悬浮稳定性的影响,发现当物体尺寸和密度确定时,调控好谐振腔的长度,增加波腹处的声压是提升声悬浮稳定性的有效手段.     

超声波声速测量实验的拓展

对传统的声速测量实验内容进行了拓展,利用发射换能器和接收换能器构成的超声谐振腔形成的稳定驻波,演示了声辐射力与物体自身重力平衡时的声悬浮现象;在此基础上,利用泡沫小球的动态声悬浮过程对超声驻波的波长进行了测量,计算得到的声速结果与参考值的百分误差为2.1%。上述实验内容的拓展,让学生对超声波驻波场的产生、分布、力学效应有了更直观的认识和理解,也让学生在传统实验的基础上了解了声悬浮这一技术,不仅增加了学生的实验兴趣,而且扩大了学生的知识面与实验技能。     

运用声悬浮现象测量声速的演示实验

介绍一个新颖的运用声悬浮现象测量声速的演示实验,详细分析讨论了声波在垂直谐振腔内使物体悬浮于空中的条件与位置。     

具有环形限位夹持力的单轴式超声悬浮系统

基于超声悬浮原理,通过改变单轴式超声悬浮系统的反射和发射端的几何形状,利用凸状发射、反射面在悬浮区域周围产生环形声辐射力势阱作为限位夹持力,提高悬浮样品在驻波声场中的悬浮稳定性。基于时域有限差分法,研究不同谐振腔内的声辐射力分布,以及影响声辐射力大小的因素,优化环形限位夹持力和悬浮力。理论及实验研究结果表明,具有环形限位夹持力的超声悬浮系统可以提高普通单轴式超声悬浮装置对悬浮样品的稳定性。      

驻波声悬浮中对悬浮小物件的操控研究

基于单轴式声悬浮仪结构,对声悬浮装置进行改进并进行实验.基于声学理论,定量推出的驻波形成的条件,对影响装置悬浮能力的频率、电压、悬浮物大小和密度等多种变量进行研究,使得悬浮能力得以提升,并对单个悬浮小球运动和所有悬浮小球整体运动的操控程度进行研究,最后利用COMSOL软件模拟仿真,进行进一步验证.     

液体驻波演示仪的研制和应用

根据驻波形成的原理及其特点,利用MCU,DDS,LPF等产生频率和相位可数控调节、频率稳定性较好的大功率DDS信号源,使用该功率信号驱动由扬声器、声波汇聚器、有机玻璃管和少量液体组成的驻波演示管. 在驻波演示管内,由扬声器发出的行波和反射面形成的反射波干涉形成物理模型清晰的驻波.     

介质密度对谐振腔声压的影响

基于热声效应的磁致伸缩换能器热声制冷机,其内部的介质密度对于制冷效率的提高有重要作用。选用改变基础声压来控制谐振腔内介质密度的大小,选取了基础声压0.2—1.0 MPa之间,每0.2 MPa作为间隔,对五种基础声压下1 000—8 000 Hz不同激励下用有限元仿真软件ATILA进行仿真分析,得到趋势是呈现增大的,而且最大值在基础声压和激励频率最大值处,达到了359.97 Pa;在基础压力为0.6 MPa、激励频率为2 000 Hz的条件下谐振腔同时满足驻波形态和高声压。并对整机的模型进行激励频率-辐射板位移输出分析,得到在激励频率为9 000 Hz时,辐射板输出位移最大。随着介质密度的增加,热声制冷机内谐振腔内的驻波形态并没有因此而增加,存在一个同时满足驻波状态和高声压的状态。     

声悬浮现象的研究

分析了声波在垂直谐振腔内使物体悬浮于空中的条件与位置,给出了运用声悬浮现象测量声速的方法并实测了声速.     

圆环驻波实验的深入解析

利用扬声器演示圆环驻波,为使其在有限的空间内形成较多的驻波节点,选取吉他弦作为驻波的载体。对驻波的实验现象深入细致观察,考虑驻波在反射时的能量损失以及半波损失,并结合微积分的知识对驻波的产生条件进行了推导分析,理论结果能够很好地解释所产生的物理实验现象。     

圆偏振弦线驻波演示仪

针对传统弦线驻波演示仪配套仪器多、弦线细、驻波幅度小、观察困难的不足,设计了圆偏振弦线驻波演示仪,新装置利用圆偏振作为振源,用橡皮筋作为弦线来产生和形成弦线驻波,演示仪原理清晰,操作简便,形成驻波稳定,可视性好,可用于大学普通物理实验、中学物理驻波实验演示及研究。     

一维单轴式超声悬浮的实验研究

由声波发射端和反射端构成超声谐振系统,其发射端和反射端间形成超声驻波.在波节处声辐射压的合力可以悬浮微重力样品,称为单轴式超声悬浮;是一种有望成为具有应用价值的无容器处理技术.作者在参加物理第二课堂活动中,对此作了初步的实验研究,成功地悬浮起发泡材料等小物体以及蚂蚁等小动物,并观察研究了它们的悬浮姿态.     

相位调制锁定光学谐振腔

通过对单频激光的相位调制，利用光学谐振腔的色散曲线得到鉴频信号，将一个环形谐振腔和一个驻波揩振腔锁定在激光的频率上。     

便携式纵驻波演示仪的制作

介绍一种利用电磁感应原理得到可调的谐振信号,驱动扬声器产生稳定的谐振动,使振动在特制的弹簧中形成驻波,研制出了便于教师携带的、适合学生们自制、可在普通课堂上演示的纵驻波实验仪器.     

声形并貌的驻波实验兼声速测量

若利用手头的现成材料和常用仪器对一些实验的传统作法进行改进,可获得意想不到的效果.我们对驻波实验做了如下改进,既能声形并貌地演示空气柱驻波,又能对声速做较准确的测量.作为演示,可使声共振现象观察得更有趣,更清楚明了,不但能听到通常驻波的共鸣声,还能通过示波器看到驻波形成中振幅的变化.共鸣声达最大时,示波器同时显示出振动波形幅度最大.由于听与看互相参照,特别是通过看,能比较准确地确定出驻波形成时空气柱的长度,从而较准确地测出波长,进而测出室温下的声速.还可验证半波损失的存在.通过改进,既可为学生做听与看的同步演示,也可开设分组实验.     

基于相控聚焦原理的悬浮微粒操控研究

设计了凹球面双发射极超声阵列结构,并结合相控聚焦原理,通过FPGA硬件系统实时控制换能器输入信号的相位参量,形成悬浮能力较强的驻波聚焦声场.根据预设的悬浮微粒移动轨迹,有规律地调节阵元信号的相位差,实现超声波束的动态聚焦,在声场移动的同时,带动波节附近悬浮微粒的移动.分别在竖直面与水平面操控微粒移动,研究微粒移动的准确度和可操控范围.实验结果表明:凹球面双发射极超声阵列的悬浮稳定性强,且可操控范围广.     

水面波驻波演示仪

自制水面波驻波演示仪.在透明的长方体水槽一端安装搅水振子,通过控制电源电压调节振子的振动频率,可以演示频率为2~5Hz的水面波驻波.实验中水面波的频率与振子的振动频率相同,在水槽中形成稳定的驻波后,测量波节间的距离,计算后得到波长以及水面波的传播速度.     

声悬浮及声速测定实验仪的设计

《声速测定》是大学物理实验中比较普遍的一个综合性实验。在声速测定实验仪的基础上,改进了信号源,并制作了声悬浮配件,使其实现既可以用多种方式测量声速,又可演示声悬浮实验现象。声悬浮及声速测定实验仪悬浮稳定性强,声速测定准确,仪器造价低,使用方便,这样设计节省了实验室资源和空间。     

自制鲁本斯火焰管在声学教学中的应用研究

为了直观地演示声波的有关实验现象, 实现声驻波的可视化, 制作了一个鲁本斯火焰管演示仪器用于 实验教学, 并就声压和频率对火焰高度和位置的影响进行了分析和研究, 实验发现火焰形状与声波波形相对应, 并 且呈现出高频动态变化的特征     

基于原子-腔耦合系统下线宽压窄内腔四波混频信号的产生

本文实验研究了基于原子-腔耦合系统下的内腔四波混频效应。当一束驻波耦合场作用于该复合系统时,实验发现在原子共振频率中心,产生的反射波混频信号无法在腔内形成共振,而当耦合光频率偏离原子共振频率中心时,反射信号能在腔内共振,从而产生线宽压窄的共振输出;进一步实验研究了不同耦合光频率失谐下,腔模失谐对内腔四波混频效率的影响。理论上,基于内腔介质在驻波耦合场驱动下的吸收特性及耦合光泵浦引起的强吸收效应对实验现象进行了定性的分析。     

声控发光驻波实验仪 简介

正一、组成和构造如图所示,实验仪由支架、驻波管、声控发光阵列、扬声器、标尺、电源、低频信号发生器、万用电表、声压探头组成。二、实验原理本实验仪器是通过声控发光单元组成的阵列演示声音驻波现象,并通过驻波的长度和频率来测定声速(v=f·λ)。每一个声控发光单元,都由麦克风、放大电路和发光二极管组成。当管端扬声器工作时,调节信号源的频率,可使管內产生稳定的驻波,管内声强随驻波的规律强弱变化。通过內置麦克风采集声音信号来控制对应位置的发光单元,从而使发光二极管发光亮度随驻波规律变化。