声波干涉实验及分析

声波干涉实验及分析牟毅伯（贵州省教学仪器公司）在高中和普通物理教学中，声波的干涉实验很重要，应视它为光波干涉实验的前导．目前，由于激光器的问世，光波干涉实验已俯拾可得，但效果好的定量的声波干涉实验对物理教学是很需要的．本文介绍一种声波干涉的定量实验，...     

声波干涉实验的设计与演示

在现行的中学物理教材和师范物理教科书中都没有声波干涉的演示实验，只是列举实际生活中的一些现象，来说明产生这些现象的原因是由于声波的干涉引起的，缺乏直观性。例如，某教材中讲到声波的干涉时，是这样举例分析的：“操场上安装两个相同的扬声器，当它们发出相同频率的声波互相叠加时，会产生振动加强和振动减弱的区域，因此，在操场上某些地方听到的声音大，在另外一些地方听到的声音小，这是声波的干涉现象。”     

有源降噪─物理学与工程技术结合的典范

有源降噪是利用声波的干涉,使得在噪声控制区域内的噪声与次级声波发生干涉根消,来达到控制或消除噪声的目的,因此,其基本原理是声波干涉理论．本文对有源降噪的基本原理、物理实现以及应用方向和存在的问题分别作了简单介绍     

有源降噪—物理学与工程技术结合的典范

有源降噪是利用声波的干涉,使得在噪声控制区域内的噪声与次级声波发生干涉相消,来达到控制或消除噪声的目的,因此,其基本原理是声波干涉理论。本文对有源降噪的基本原理、物理实现以及应用方向和存在的问题分别作了简单介绍。     

两个声学实验的改进

经改进后的这两个声学演示实验,其最大特点是实验中,学生既能闻其声,又能观其形(波形),经近两年教学中使用,效果不错,颇受学生欢迎。现分别介绍于后。一、声波的干涉实验装置如图1。音叉发出的声音通过灵敏度较高的话筒,从收录机(收录机要用好点的,     

声波干涉可闻其声见其“影”

如图1所示，信号发生器产生音频信号，经放大后由两音箱发出相同频率的声波形成干涉，在干涉区域接收装置将接收到的声波转化成电信号，经放大送入指示电路，接收点接收声波的强弱可由指示电路显示出来，因此，可以显示干涉“条纹”的存在。     

低频声表面波对细激光束的衍射效应

对于频率为几十赫兹的液体表面声波,实验上观察到反射光所形成的稳定、清晰的激光干涉图样.改变表面声波振幅,进一步发现了干涉图样的调制效应.调制效应明显地表现为干涉条纹的缺级,并且随表面声波振幅变化.依据波动光学原理,分析了调制作用下光束干涉所产生的光强解析分布及条纹特征,得到了干涉条纹角宽度与表面声波之间的解析关系,并据此对表面声波的特性参量波长和振幅及各级条纹相对光强分布规律进行了测定.     

《国外光学》

<正> 一、至少用两根光纤并借助于一全息透镜进行耦合的装置本专利介绍了一种用光纤并借助于全息透镜耦合光束的一种装置。全息透镜用一根单模光纤和一束参考光束所形成的干涉光波制成。在全息透镜被形成之后,单模光纤就可被多模光纤代替。本专利主要介绍的是一种与光纤有关的装置。(摘译自Applied Optics Vol 23No.13 1 July 1984。) 二、非垂直观察的光学系统为了防止梯形失真和畸变,本专利介绍了     

扩展光源条件下迈克耳孙干涉图样的理论分析

针对扩展光源条件下的迈克耳孙干涉图样提出了一种新的分析方法.扩展光源发出的光,由于两反射镜的反射,存在对应光源的两个虚像,这两个虚像发出的光在光屏上的干涉与原光源发出的光经过分束镜、反射镜之后在光屏上形成等效的干涉.通过这种解释,可以更加清晰地理解实验过程中出现的圆、椭圆、曲线、直线等各种条纹.     

采用双方波信号和B-样条小波解调弱反射光纤布拉格光栅

提出了一种采用双方波信号和B-样条小波解调弱反射光纤布拉格光栅(WFBG)的方法,并进行了实验验证.单个方波周期设置为相邻WFBG间光纤中激光往返传输的时间,对单个方波进行猝发操作形成双方波,则前WFBG反射的后方波与后WFBG反射的前方波重叠干涉.采用B-样条小波变换降低干涉信号的噪声,利用Hilbert变换对干涉信号进行π/2相移,对原干涉信号和相移后干涉信号比值进行反正切运算,得到干涉信号的相位信息.将间隔为50m的5-WFBG阵列置于木地板上,分别接收不同振幅和频率的正弦声波,采用上述方法解调的干涉相位信号能较好地反映声波信息.该解调方法解调光路简单,数据处理简单.     

半导体激光Fabry-Perot干涉波长的微位移测量仪

摘要设计了一种基于Fabry-Perot干涉波长测量仪.这种测量仪使用两个Fabry-Perot干涉腔,其中一个作为测量腔、另一个作为参考腔,测量腔的一个反射面与被测对象安装在一起,参考腔的一个反射面与压电陶瓷安装在一起.根据透射光谱中心波长与其干涉腔长之间的关系,当参考腔与测量腔的透射光谱中心波长完全重合时,对纳米级微位移实现实时测量.光源采用半导体激光器,可获得所需要的波长值和波长变化范围.实验结果表明,这种测量仪测量误差不大于1.5 nm,该精度可以满足精密机械加工、光电子和微电子加工以及纳米级测量技术等领域的精度要求.     

基于四水听器的充水弹性管声速测量方法*

实验室中水声材料声学参数的测量主要在水声声管中进行。管内平面波声速是正确测量这些参数的基础。该文提出一种基于四水听器结合不同边界的测量充水弹性管中声速的新方法。该方法利用4个固定位置处的水听器,采用最小二乘的方法,使得两组水听器分别得到的声管末端入射波声压差值的平方最小的声速即为管内平面波声速。该方法利用单频信号,在每一频率点均可测得声速,可以在任一种声管末端边界下进行测量,同时无需知道各水听器到边界的精确距离,在文中的3种边界下声速测量结果具有很好的一致性,实验操作简单、误差很小。该方法的仿真结果与管内声速的理论值吻合得很好,同时实验测量结果与仿真值之间的误差很小,证明了方法的准确性以及鲁棒性,为声管声速测量提供一个很好的思路。     

利用矢量海洋环境噪声提取声场格林函数

考虑到矢量水听器在垂直方向上具有8字形指向性,能够有效抑制远方非平稳噪声源的干扰,提出了一种矢量环境噪声相关函数(NCF)提取声场时域格林函数(TDGF)的方法。基于简正波理论建立了声压和垂直振速垂直相关性模型。在此基础上,给出了声压和垂直振速相关函数提取声场纵向格林函数的过程.数值仿真对比和实验数据分析表明,相对于声压提取方法,垂直振速提取方法能够有效消除直达波前出现的亮纹与亮区干扰。此外,对于同等时间长度噪声序列,声压提取方法只提取到直达波路径,而垂直振速提取方法还提取到了我们更为关心的海底反射路径。利用直达波与海底反射波到达时延差估计的海深与实测海深吻合较好。      

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.     

Properties of surface waves in an elastic cylinder filled with a liquid

The properties of harmonic surface waves in an elastic cylinder filled with a liquid are studied. The case of elastic material for which the shear wave velocity is higher than the sound velocity in a liquid is considered. The wave motion is described based on the complete system of equations of the dynamic theory of elasticity and the equation of motion of an ideal compressible liquid. The asymptotic analysis of the dispersion equation in the region of large wave numbers and qualitative analysis of the dispersion spectrum showed that in such a waveguiding system there exist two surface waves, the Stoneley and the Rayleigh waves. The lowest normal wave forms the Stoneley wave on the internal surface of the cylinder. In this waveguide phase, velocities of all normal waves, except for the lowest one, have the velocity of sound in the liquid as their limit. Therefore, the Rayleigh wave on the external surface of the cylinder is formed by all normal waves in the range of frequencies and wave numbers in which phase velocities of normal waves of the composite waveguide and the lowest normal wave of the elastic hollow cylinder coincide.     

深海近距离声场频率-距离干涉结构反演海底声学参数

地声反演一般存在多解性的问题,不易有效分离沉积层声速与厚度,本文提出了一种当声源与接收水听器分别位于海面与海底附近时匹配声场干涉周期反演深海沉积层声速与厚度的方法。该声场周期结构由直达波与海底沉积层反射回波干涉形成,其干涉周期受沉积层声速和厚度影响,通过匹配实测与理论计算的声场干涉周期可有效反演沉积层声速和厚度。开展了深海实验验证,利用水听器接收到的近距离船舶噪声的声场干涉条纹,反演得到的实验海域海底沉积层声速与该海域海底表层采样平均值差小于20 m/s。数值仿真与实验结果表明该方法可以有效反演沉积层的声速与厚度。      

一种评价固体板材表面性质的非线性超声兰姆波方法

在基频与二倍频兰姆波相速度匹配但群速度失配的条件下, 通过选择适当的兰姆波二次谐波时域信号的测量起止时间, 可完全扣除换能器对二次谐波积分振幅测量所带来的影响。本文提出采用兰姆波二次谐波的积分振幅作为评价参量, 以实现对板材表面性质的准确评价。当板材表面性质发生改变时, 原本在理想表面条件下成立的基频与二倍频兰姆波相速度匹配的条件不再严格满足, 这将显著地影响到兰姆波的二次谐波发生效率, 相应的二次谐波积分振幅随表面性质的改变也将发生非常敏感的单调变化。实验结果表明,利用扣除换能器影响之后所测得的兰姆波二次谐波的积分振幅,可对板材表面性质的变化情况进行准确评价。     

Measurement of acoustic power in studying cavitation processes

A comparative calorimetric method for measuring the acoustic power generated by a sound source under cavitation conditions and the power absorbed by a liquid with bubbles is developed. The conditions under which the whole of the generated power is absorbed by the liquid with bubbles are determined experimentally. An instrument for power calibration of sound sources operating under cavitation conditions is designed. The instrument is found to provide a high measurement accuracy (3% or better). The requirements on the dimensions of the vessel and on the volume of the liquid in which the sound source operates are formulated to make the power generated under cavitation conditions independent of these parameters. For the first time, it is shown experimentally (by the example of the reaction of nitric oxide formation under the action of sound) that, if these conditions are satisfied and the sound intensity exceeds the threshold intensity, the rate of a number of sonochemical reactions is proportional to the sound intensity in the range from 1.7 to at least 47 W/cm². It is shown that the dependence of the rate of cavitation processes on the sound intensity with a maximum at 8.6 W/cm² and a sharp decrease in the rate with a further intensity increase is determined by the fact that the measured quantity was the electric power at the transducer rather than the acoustic one.     

液体表面张力系数、声波在液体中传播速度与液体浓度关系的研究

通过实验的手段研究了氯化钠与蔗糖溶液的表面张力系数及声波在其中的传播速度与浓度关系,发现随着浓度的增加,表面张力系数与液体中的声波传播速度近似于线性变化。然而,两种液体中两个物理量的变化快慢不同,氯化钠溶液明显比蔗糖溶液变化快;从分子动理论角度,对此现象作了圆满的解释,说明两个物理量之间有着较密切的关联,也研究了温度变化时,两个物理量的变化情况。     

求解水中加肋板声辐射特性的虚拟声源法*

发展一种利用虚拟声源离散声场的方法求解加肋板在水中的声振耦合问题。由波叠加原理和单元体积速度匹配的原则,根据离散的结构单元满足的动力方程和结构与介质的交界相容性条件,确定虚拟声源强度,计算结构的声辐射功率。本文以简支矩形加肋板为例,在不获得结构表面振速和声压的情况下,计算了结构在水中的声辐射功率,并与解析方法计算的结果进行了比较,表明了该方法具有较好的计算精度。