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.     

关于声速测量实验的讨论

对声速测量实验现象提出新的理解途径,认为声压是发射和接收端之间声波无限次反射叠加的结果.在考虑空气中传播损耗,换能器界面反射能损及相位半波损失的情况下,给出接收端测量的声压振动和声波位移振动两者关系,最后得出接收端声压信号随发射、接收端间距变化的具体关系,与具体实验现象符合.     

驻波法测量声速实验中的非完全驻波

用驻波法测量声速是大学物理实验中普遍采用的实验.如图所示,超声信号发生器的功率输出电信号加在压电陶瓷换能器A上,使其因逆压电效应成为超声波发生源,发出的一束声波在空气中传播到换能器B.如发射面和接受面相互平行,就使一部分超声波被接受面反射回去.     

基于高斯声束模型解释水中声速测量异常现象

测量水中声速时,随着接收、发射换能器的间距增大,会出现接收声压的极大值先增后减的异常现象,且该异常增长的曲线特征与水位有关.本文通过多元高斯声束叠加的方法模拟了圆形换能器的发散声场,并利用虚声源模型,推导出接收声压与距离的解析关系式,相应的数值计算复现了水中声压幅值非单调变化的异常现象,并证实其主要来源是水中声场在水-空气界面和水-水槽壁处的反射,水面高度对异常模式的影响也被计算证实.     

原油中声衰减和声速的温度特性的测量

原油是一种混合物。它的一些性质随温度而变，如原油的声衰减和声速都是温度的函数．本文使用一个换能器发射声波，另一个换能器接收声波，在实验室内测得12t－80℃之间的声波幅度值，利用插值算法，求出该温度范围内原油声衰减的温度特性曲线；利用线性拟合算法，求出原油声速的温度特性曲线。结果表明：随着温度的升高，原油的声衰减和声速都呈下降趋势，而且测量结果与换能器的灵敏度无关．     

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.     

驻波法测量声速实验的讨论

根据声波在2个换能器之间多次反射和声波在空气中的衰减,研究了驻波法测量声速实验中接收器输出信号随接收器到发送器间距离的变化.理论推导结果表明:声波在一般情况下不是严格的驻波,但是当反射比接近-1时则是双曲函数形式的驻波,这与实验测量结果一致.只有接收器到发送器的距离比较远,反射比接近-1时,才能得到几乎理想的驻波.     

驻波法测声速实验中峰值强弱交替现象的研究

基础物理系列实验中的声速测定实验对学生理解振动叠加和驻波的相关理论知识有着重要作用.本文针对实验中接收端共振峰值依次出现强弱交替的现象进行了深入的研究和讨论.基于理论分析和数值模拟,通过对几种变量(空气吸收系数αη,界面反射系数γ和反射次数n)分别进行计算分析后,发现上述现象主要是由于超声波在换能器之间多次反射叠加、超声波在空气中传播和在界面反射时发生衰减的共同作用造成,实验条件下的超声波叠加波形已经与简单的驻波模型有较大的差别.     

驻波法测量声速实验的系统误差分析

在驻波法测量声速的实验中,系统误差产生的主要原因是:声波在两端面间多次反射,入射波与反射波并非形成理想驻波;能量损耗以及回程差等。为此,在实验中应采取的措施是:选定压电换能器的反射面与接收面的距离后开始测量;准确判断测量点(极大值的位置);以及改进仪器设备等。     

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...     

高分辨率测定双元气体组分的超声气体分析仪

等混双元混合气体的组分,可由测定该气体的声速而确定.实验用了40kHz的连续波;发、收换能器分置于充满被测气体的管子两端,声波从发射换能器到接收换能器之间的相移,随声速而变化,也即随气体     

驻波法测量声速实验的探讨

通过建立起声波无限次反射的模型,对用驻波法测量声速实验的原理进行探讨.利用该模型拟合实验结果、分析实验数据和现象,揭示了理论的合理性及尚存的局限.     

超声多普勒水连续油水分散流流速测量方法

针对水连续油水分散流流速测量问题,提出了一种基于连续波超声多普勒的测量方法。测量传感器主要由一对中心频率为1 MHz的压电陶瓷超声换能器构成。发射探头向被测流体中发射连续的超声波,受到流体内运动的分散液滴散射后的声波被接收探头接收。根据多普勒效应,发射声波和接收声波的频率差与测量区域内散射体的运动速度成正比。由于分散相和连续相之间存在相对滑动,因此利用漂移模型对最终结果进行修正。对漂移模型中的参数进行基于油水两相流实际流动状态的理论分析,并通过实验数据计算漂移速度。实验结果表明,该测量模型对流型的依赖性很高,且漂移速度随着含水率的变化而改变,通过测量数据对该测量模型进行修正,最终结果的相对误差小于5%。     

声速测定实验中超声换能器的非线性行为

在声速测定实验中,通过频谱分析、幅频特性曲线和相图,研究了发射和接收超声换能器在不同频率的驱动下从线性状态转变成非线性状态的过程,观察了超声换能器表现出的准周期态、倍频现象、磁滞和双稳态现象等丰富的动力学行为.     

基于定量分析的气固两相流声速模型综述

声波法是多相流测量的一种有效方法,可靠的声速模型是其中时差法等测量的理论基础。该文系统总结了国内外不同学者所建立的气固两相声速模型。为直观地呈现其差异、发展与局限,该文以颗粒相浓度的影响为例,采用模拟计算和实验测量相结合的方法对其中不同典型声速模型进行了定量分析与比较。结果表明,传统的拟均相介质模型声速随颗粒浓度变化,与在其基础上考虑声波特性的改进模型,以及分别基于相间耦合和颗粒散射的声速模型差异均较大,且显著偏离实验测量值。其主要源于传统的拟均相介质模型未考虑两相间相对运动的影响;而考虑相间相互作用的声速模型间虽有不同差异,但均与实验测量值较为接近,根据稀相区实验研究,所得声速值均较实验值偏小。     

声速测量实验假象的探讨

应用共振干涉测量法测定空气中的声速,相同条件下多台仪器重复测量实验,对实验结果进行数据处理和误差分析表明：对于某些声速测量仪,当换能器之间的距离小于10毫米时,在移动换能器测量声速的过程中出现了假峰现象,它对实验测量结果造成了很大影响。当使两换能器之间的距离大于10毫米开始测量,可以避免假象对测量结果的影响。     

声速测定实验谐振频率测量研究

在声速测定实验中,接收换能器位置对谐振频率测量结果有一定影响。目前,对这种影响的研究较少。研究接收换能器输出电压随接收换能器位置的变化,发现当两个换能器间距较小时,不同频率下的输出电压极大值的位置是聚集的,随着换能器间距的增加该位置逐渐发散。当换能器间距较小且接收换能器处于干涉极小值位置时,谐振频率测量不受共振干涉的影响。     

一个新的测量空气中声速温变系统

为了研究空气中声速随温度变化的特性,开发了基于80C196单片机的测量声速的新系统。该系统采用时差法计算声速。利用单片机发射和接收声波,并记录发射和接收的时间差。采用IN4148二极管作为温度传感器,设计了不平衡测温电桥电路。通过在玻璃管身上均匀缠绕电阻丝建立了空气加热模块,可以方便地改变环境温度。编写了基于Visual Basic的计算机与单片机实时通信的软件和制作了操作界面。实验结果表明,该系统能够很精确地测量空气中声速并作出声速随温度变化的特性曲线。该实验已经应用于大学物理实验课堂和电子实训项目。     

用脉冲重叠法精确测定表面声波的传播速度

本文提出采用交叉触发脉冲重叠法来精确测定材料的表面声波相速度.在一块样品上制作相同的三个叉指换能器A、B、C,在B与C之间的样品表面镀上金属膜.分别依次由A或C发射表面声波,而由其它两个换能器接收,即可测定表面声波的速度和速度变化.本文对LiNbO,石英及压电陶瓷样品进行了测量,测量精度估计约为±2m/s.     

非消声水池中低频换能器测量的空间域处理方法

提出了一种在非消声水池中低频换能器测量的空间域处理方法。该方法是在发射和接收换能器保持相对位置不变的情况下,通过多次无规则变换其在有限水域中的位置,让同频反射声的干扰贡献随机和无规则化,最终将上述所有位置接收的信号同步叠加而将同频反射声干扰消除,从而提取出了所需的直达波波形信号,克服了传统的脉冲测量技术受同频反射声干扰无法提取直达信号的问题。在5 m×7 m×6 m非消声水池,测量换能器样品,测量频率范围是400~2500 Hz,测量得到的结果与湖上测试结果相比,两者基本一致。该方法的实现,大大的提高了非消声水池的低频换能器测试能力,有效测量频率下限比一般脉冲测试方法降低一个数量级。