锥形渐变截面驻波管及其极高纯净驻波场的实验研究

锥形渐变截面驻波管是用锥形管代替突变截面驻波管突变截面部分的驻波管.为对比研究锥形渐变截面驻波管与突变截面驻波管的声学及其极高纯净驻波场性质,首先借助传递矩阵,对锥形渐变截面驻波管的声学性质进行了实验研究.研究表明,与突变截面驻波管一样,锥形渐变截面驻波管也属于失谐驻波管.利用其失谐性,在一阶共振频率激励下,锥形渐变截面驻波管获得了181 dB的极高纯净驻波场.在对锥形渐变截面驻波管和等长的突变截面驻波管的驻波饱和性质进行对比实验研究后发现,在一阶共振频率下,锥形渐变截面驻波管不仅能很好地抑制管内驻波场高次谐波的增长,而且能有效地降低管内驻波场的能量损耗,在相同扬声器激励电压下获得声压级更高的大振幅纯净驻波场.实验研究还发现,在三阶共振频率激励下,锥形渐变截面驻波管的大振幅驻波场三次谐波频率接近声压级传递函数谷值对应的声源端七阶阻抗共振频率,三次谐波随基波快速增长并表现出趋于二次谐波的饱和性质.     

失谐驻波管及其极高纯净驻波场性质的研究

由直径不同的两级直圆管连接而成的两级突变截面驻波管具有失谐性,即高阶共振频率不是一阶共振频率的整数倍. 两级突变截面驻波管的失谐性质能够很好地抑制一阶共振频率激励下的大振幅非线性驻波畸变产生的高次谐波,从而获得大振幅纯净驻波场. 通过对两级突变截面驻波管失谐性质的研究,采用大功率扬声器正接等措施,利用两级突变截面驻波管的失谐性质在一阶共振频率激励下获得了184 dB的极高纯净驻波场,并对二至五阶共振频率激励下的声场进行了相应的实验研究. 在二阶、四阶共振频率激励下分别获得了180和166 dB波形比较规整的大振幅非线性驻波,并在三阶、五阶共振频率激励下观察到了谐波饱和现象和锯齿波. 关键词： 失谐驻波管 大振幅驻波 畸变 饱和     

固体板中超声驻波场的高阶光弹条纹

利用动态光弹法观测了超声波在固体板内多次反射形成的驻波。通过相干叠加增大声波应力,使得动态光弹实验中偏振光的相位变化大于一个周期,从而观测到固体内超声波由行波转化为驻波的过程,并对高阶干涉条纹反映的驻波场特性进行了讨论。通过对声波应力进行定量测量,评估了固体板中超声驻波的激发效率。本文的工作为利用动态光弹法研究透明固体中的高强度声波提供了一种可行的方法。      

等截面驻波管内大振幅驻波场的实验研究

通过改进等截面驻波管实验系统,在1阶峰值共振频率激励下获得了182.1 dB大振幅驻波场,并对1~5阶峰值共振频率激励下的大振幅驻波场谐波饱和情况以及波形畸变进行了实验研究。研究发现,尽管1阶峰值共振频率激励下声压级已达到182.1 dB,但波形畸变最小,谐波并未表现出饱和现象,而3阶峰值共振频率激励下的大振幅驻波场表现出了饱和趋势。对谷值共振频率激励下获得的大振幅驻波场进行对比实验研究,发现谷值共振频率激励下,1阶谷值共振频率所获得的驻波场声压级最大,但波形畸变也最大。在相同声源驱动电压下,1阶峰值共振频率激励下获得的驻波场声压级始终大于1阶谷值共振频率激励下获得的驻波场声压级。由此可见,利用扬声器在等截面驻波管中获取大振幅驻波场,驻波管由1阶峰值共振频率激励较为合适。      

声学实验‘共鸣管’的改进——声的驻波和行波

从老的物理实验“共呜管”的启发下改变为现在可闻声波的波动实验。在实验原理上避免了以空气柱的共振为必要条件,并且大大地丰富了有关波动的实验内容。本实验不仅能测定空气中声波的波长和声速,以及能显示驻波的振幅分布,并且试验成功用相位比较法显示驻波中各点振动的相位关系。后者两个内容可能是本实验的特点。在实验装置中采取措施以防可闻声波的相互干扰。本实验只要在装置上略加改变就能用行波相位比较法测定声波的波长和声速。     

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     

突变截面驻波管和极高纯净驻波场的实验研究

突变截面驻波管属于失谐驻波管,即其高阶共振频率不是一阶共振频率的整数倍。通过对STAS的优化设计,利用STAS的失谐性质在一阶和二阶共振频率下激励分别获得了180 dB和177 dB的极高纯净驻波声场。尽管声压级已经很高,但在接下来的对一阶和二阶共振频率激励下的声波波形畸变和谐波饱和情况进行的实验研究中仍然没有观察到谐波饱和现象。与此同时,对三阶共振频率激励下的声场进行了实验研究,由于三阶共振频率激励下的大振幅非线性声场的二次谐波频率接近六阶共振频率,在声压级达到170 dB时观测到了三阶共振频率激励下的声波波形畸变和谐波饱和现象。      

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.     

基于LabVIEW的声波谐振管实验研究

为了更高效地测量声波谐振管的谐振频率,本文基于LabVIEW设计了测量声波谐振管谐振频率的扫频程序,分别得到了两端闭管条件下不同管长的谐振频率,以及首端闭管与尾端闭管条件下的谐振频率.此外,还通过绘制管内驻波波形图对声压波腹发生偏离的假设进行了验证.最后,对谐振管管身小孔开闭对谐振频率的影响进行了探究,发现小孔位置越接近驻波的声压波腹,谐振频率的偏离量越大.     

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.     

原子光刻中驻波场与基片距离的判定方法研究

原子光刻实验中, 激光驻波场能起到原子透镜的效果, 实现原子汇聚. 激光驻波场与沉积基片间的距离对形成纳米条纹结构的质量具有重要影响. 利用高斯光束传播规律, 提出了一种能够定量判断激光驻波场与沉积基片相对位置的实验方法. 该方法通过调节装载有凸透镜和反射镜的精密位移台改变驻波场距基片的距离, 利用光电探测器接收反射光强的变化, 将位移改变量转变为接收器的电压信号. 利用驻波场激光束光斑直径值, 实现准确定位驻波场与基片的距离. 对上述实验过程进行数值模拟, 数值计算的结果和实验结果高度符合. 该方法实现了准确定位驻波场距基片的距离, 为后续深入研究驻波场和基片间距离对沉积纳米条纹结构质量的影响提供实验基础.     

声管测量系统的宽带复合型换能器

提出了一种纵向换能器与Ⅳ型弯张换能器相结合的复合型换能器,推导了换能器的等效电路,根据等效电路分析了纵向换能器和弯张换能器之间的耦合作用;应用有限元方法进行了结构优化,使换能器能够发射较高频率声波的同时兼顾低频发射.研制了宽带复合型换能器实验样机,对在声管中所建立的驻波声场特性进行了实验研究,并成功利用该脉冲声管系统进...     

声驻波场中空化泡的动力学特性

以水为工作介质, 考虑了液体的可压缩性, 研究了驻波声场中空化泡的运动特性, 模拟了驻波场中各位置处空化泡的运动状态以及相关参数对各位置处空化泡在主Bjerknes力作用下运动方向的影响. 结果表明: 驻波声场中, 空化泡的运动状态分为三个区域, 即在声压波腹附近空化泡做稳态空化, 在偏离波腹处空化泡做瞬态空化, 在声压波节附近, 空化泡在主Bjerknes 力作用下, 一直向声压波节处移动, 显示不发生空化现象; 驻波场中声压幅值增加有利于空化的发生, 但声压幅值增加到一定上限时, 压力波腹区域将排斥空化泡, 并驱赶空化泡向压力波节移动, 不利于空化现象的发生; 当声频率小于初始空化泡的共振频率时, 声频率越高, 由于主Bjerknes 力的作用将有更多的空化泡向声压波节移动, 不利于空化的发生, 尤其是驻波场液面的高度不应是声波波长的1/4; 当声频率一定时, 空化泡初始半径越大越有利于空化现象的发生, 但当空化泡的初始半径超过声频率的共振半径时, 由于主Bjerknes力的作用将有更多的空化泡向声压波节移动, 不利于空化的发生.     

具有流动和侧向Helmholtz共振器的驻波管内声场研究Ⅱ.实验验证及结果讨论

利用建立的具有流动和侧向Helmholtz共振器的驻波管的实验装置,成功地证实了作者所作的理论分析,包括有流动驻波管和Helmholtz共振器连接处的间断条件、驻波管末端的反射条件、切向流时Helmholtz共振器声阻抗,并实验确定了末端修正系数和等效半径系数。接着,应用理论分析和实验得到的结果讨论了流动对Helmholtz共振器性能和驻波管声场的影响,结果表明,流动会降低一些消声效果,但在具有流动的驻波管中采用Helmholtz共振器仍然是一种降噪的有效方法。     

黎开管非线热声效应的研究

基于能量守恒原理对Rijke管热声效应展开了理论分析,采用内外流场耦合法数值模拟了Rijke管自激励起振和饱和过程的声场特性,并开展了相应的实验研究.推导了Rijke管起振、饱和及高次谐波产生过程中的能量变化,分析了Rijke管非线性效应包括高次谐波和波形畸变的影响因素,提出了改变管口声阻抗可弱化非线性效应的方法.结果...     

驻波法声速测量仪的设计及数据处理方法

设计和制作了一款过程简单、测量误差小的全自动驻波法声速测量仪。实现对驻波场中各点声压大小的自动测量。利用该声速测量仪进行了声速测量实验并进行了数据处理。确定了声波的波长并计算出声速。大大减小了误差;根据波的时空双重周期性得到待测信号的频谱图,发现信号源频率不纯引起的次频共振现象是形成次峰和再次峰的重要原因。     

一个驻波演示实验

介绍一个驻波演示实验，让声波在充有可燃性气体的圆管中形成驻波，气体通过多孔燃烧时出现余弦分布的火焰包迹线，这个包迹线能把驻波显示出来。     

管束穿孔板的管腔耦合共振吸声机理研究

为了揭示管束穿孔板共振吸声结构的吸声机理,利用热黏性条件下基于有限元算法的管束穿孔板仿真模型,研究了平面声波正入射条件下,管束穿孔板内部声场分布特征,并利用阻抗管对吸声系数的理论仿真结果进行了试验验证.结果表明,管束穿孔板在低频主要靠腔体共振吸声,在高频主要靠管共振吸声,管束穿孔板整体呈现出较为明显的管腔耦合共振吸声特征。管束穿孔板共振时管中声强和质点法向振速较大,高频次吸声峰频点处管中和腔中均有驻波形成,频率越高驻波数量越多.管束穿孔板的耦合共振受到管长、腔深、穿孔率和管内径等参数变化的影响,管长对高频耦合共振的影响最大,管长增大使高频主吸声峰频点移向低频,并使相邻主吸声峰之间的间距减小.      

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.