声波多次往返叠加对相位比较法测量声速的影响

相位比较法测量声速实验中,由于声波在传输过程中存在衰减、反射以及在收、发换能器之间多次反射叠加,当收、发换能器间距较小时,发射信号和接收信号合成的李萨如图形变化规律与理论不一致,即,接收器移动1个波长的距离,示波器中观察到合成直线段在同相和反相区域分别连续出现多次,该现象影响了学生对实验现象的判断和实验测量.本文通过理论计算分析,声波在收、发换能器之间的多次往复反射叠加次数增加,声波传输衰减小和换能器表面反射系数大会增大该现象产生的强度和持续的空间范围,理论计算直观地说明了接收器接收的声压信号与空气振动信号之间的关系和利用相位比较法测量声速的合理性.     

声速测量实验原理讨论

本文针对声速测量实验中接收端声压变化的理论推导还不够完善,尤其是对相位比较法的原理解释不清楚的问题,从振幅与声压的关系出发,建立了基于声压方程的多次反射模型.该模型利用平面简谐波函数、声压反射系数公式和波的叠加原理,推导出了接收端的声压振幅和相位随距离的变化公式,并利用该公式解释了驻波法和相位比较法测量的原理.仿真结果表明接收端的声压振幅和相位并不是严格的周期函数,其测量的精度与声吸收系数和声压反射系数等因素有关.最后进行了实验验证,实验测量结果与本文模型的计算结果吻合较好.本文的研究为正确理解该实验的物理本质提供理论指导.     

水中声速测量实验的模型修正

在共振干涉法和相位比较法测量介质的声速实验中,通常的实验模型是考虑发射声波与在接收换能器上反射的声波进行叠加,在特定条件下形成驻波.然而在水中的声速测量中,实验现象与该模型不完全相符.考虑声波在发射和接收换能器间的多次反射,同时叠加声波在水-空气界面反射的影响,提出了修正模型并进行Mathematica仿真.结果表明液面高度对实验现象有较大影响.     

声速测量实验原理讨论

对空气中声速测量实验原理进行了讨论,考虑了空气对声波的吸收,分别用平面波和球面波表示发射探头和接收探头之间的声波,导出了接收声压的表达式,分析了声压随探头间距的变化规律.结果表明,尽管声场不是理想驻波,但声压极值随探头间距按半波长周期性的变化规律与驻波共振原理得到的结论相一致,然而3种原理在解释接收声压幅值衰减规律时存在差异,其中球面波原理与实验现象最吻合.     

利用PASCO传感器研究管中声波的共振

利用PASCO传感器测量了共振管中的声压分布,结果与基于多重反射的理论分析符合很好.在此基础上,测量了共振管开口端对管内声波的反射系数及其对频率的依赖关系.     

基于光子相关光谱分析的声压量值复现方法

寻求不依赖于实验室标准传声器的灵敏度而直接溯源至国际单位制基本单位的声压量值复现技术是声学计量的长期目标,对声压量值摆脱实物基准具有重要意义,激光多普勒测速技术是实现这一目标的有效途径.以行波管内平面波声场为测量对象,建立无固定频移的激光多普勒测速系统,采用光子相关光谱分析法解调多普勒信号,获得声管内示踪粒子的振动速度,根据平面波声压与质点振动速度的线性关系,复现声管测量点处的声压.以工作标准传声器的测量结果为参考,评估测量方案的可行性和测量结果的准确性,分析影响测量准确性的主要因素.测量结果表明,声波频率为315Hz,声压级在100dB~110dB范围内间隔1dB变化时,测量偏差小于0.5dB;声压级为105dB,声波频率为315,400,500,800Hz时测量偏差小于0.3dB.     

声速测量实验中的三点思考

在声速测量实验中关于声波是否存在半波损失、声压波以什么样的形式衰减，许多大学物理实验教材上的叙述有所不同。本从机械波的性质出发，指出声压波与声波位移波相位相差π2，解释了声波在传播过程中有半波损失，而实验结果似乎没有半波损失的现象。画出声压波的振幅衰减曲线，并提出利用双踪（或四踪）示波器采取相位比较法，可以直观地看出声压波形成的驻波相位变化的规律。     

圆形活塞声源的有限振幅反射波

本文研究了圆形活塞声源的有限振幅声波的反射。应用像源法计算已产生的谐波本身在边界上的反射,将它们看成是反射边界上振动的新声源所产生的辐射场,再应用弱冲击理论来计算这部分场自己产生的谐波场。在水池中作了二阶谐波的反射实验,反射界面是水池壁。结果表明,谐波声压随距离的平均衰减规律与理论符合得很好。实验还表明,反射谐波场沿纵向距离以及与它相垂直的横断面上有强烈的干涉现象,而纵向相干长度比横向相干长度大一个数量级。通过理论估计,认为这种现象是由于反射壁的有限厚度、它的两个平面之间有一个很小的角度以及发射波束有一定的宽度所造成的。这样估算出来的两个相干长度与实验符合。 关键词：     

基于声压-振速测量的平面近场声全息实验研究

常规的近场声全息均是采用全息面声压或质点振速作为输入量求解,由于采用单一输入量无法分离来自全息面背向声波的干扰,因此要求所有声源均位于全息面的同一侧,即测量声场为自由声场,这种要求大大限制了近场声全息的实际应用.基于声压-速度测量的近场声全息以全息面上声压和质点振速同时作为输入量,通过建立和求解两侧声源在全息面上的声压和质点振速耦合关系,可以实现全息面两侧声波的分离,从而解决上述问题.文中在前期对声场分离技术研究的基础上,基于欧拉公式和有限差分近似,推导了新的基于声压-速度测量的平面近场声全息理论公式.随后通过实验检验了该方法在有背景源干扰情况下实现声场分离和重建的有效性.     

基于声光折射的聚焦超声焦点声压检测

提出了一种基于声光折射对聚焦超声焦点声压进行非侵入式检测的方法。当一束直径小于声波长的平行光束入射穿过聚焦超声的焦点时,通过研究焦点声压与光线偏转的具体关系,建立了光线最大偏转距离与焦点声压变化的关系模型,从而计算出焦点峰值声压。为了对理论模型进行验证,采用凹球面型聚焦换能器进行实验研究。通过与采用光纤水听器测量的结果进行对比,证明理论模型的可行性。结果表明实验得到的光斑图像与理论分析的结果一致,且用该方法测得的焦点峰值声压与光纤水听器测量的结果相比,相对误差小于15%,证明该方法具有可行性,能够定量检测焦点峰值声压。模型的提出也为将声光折射效应用于整个聚焦声场的定量检测提供了实验依据和理论依据。