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.     

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.     

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.     

全自动相位差法声速测量装置的研制与探讨

针对传统的相位比较法测声速不能定量测量相位差的问题,引入了AD8302相位差测量模块,设计了全自动相位差法声速测量装置.该装置以上位机控制器为核心,通过数据采集卡采集AD8302输出的电压值,通过单片机和步进电机驱动器控制步进电机的转动,利用步进电机带动丝杠转动,从而实现声波接收器的运动,以达到对各点相位情况的自动测量;获得数据的同时,将不同位置的AD8302输出的电压值绘制成二维直角坐标图,并保存和输出.实验结果表明:该装置可以直接测量发射信号与接收信号之间的相位差,实现了相位测量的数字化,消除了回程差,提高了测量效率.     

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．     

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     

全自动相位差法声速测量实验数据的处理

根据相位比较法声速测量数据的特点,采用数据处理手段将能量损耗的影响消除掉;为排除次峰的影响,考虑到声速测量数据中极值点的出现具有空间周期性,利用傅里叶变换处理数据得到待测信号的空间频谱图,确定了声波的波长并计算出声速.数据处理结果表明:由于消除了能量损耗的影响,排除了次峰干扰,使相位比较法测量声速的相对误差从0.97%减小为0.06%,也验证了次频共振现象是形成次峰的重要原因.     

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.     

基于Labview的回波厚度测量系统

建立了基于Labview的回波厚度测量系统,用金属球撞击待测物体表面,产生脉冲声波,用换能器在待测物体表面接收物体内部多次反射的声波,用傅立叶变换计算出声波在物体内部的传输时间,就可得到待测物体的厚度。该测量方法具有成本低、设计新颖、物理思想清晰的特点,适合于发展为综合设计性大学物理实验项目。     

双缝干涉测量超声波声速

根据光学中杨氏双缝干涉实验原理设计出超声波双缝干涉测量声速的实验装置.运用波的干涉原理,将声波接收器接收到的干涉信号输入到示波器,通过示波器来显示干涉极大和干涉极小现象,利用分光计的双游标读数原理测量干涉极大和干涉极小对应的θ角.通过实验数据计算得出干涉极大和极小对应的声速分别为(336.2±0.3)m/s,(338.8±0.2)m/s.     

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。     

全自动声速测量及实验数据处理研究

针对大学物理实验中传统声速测量装置存在的缺陷,利用单片机、上位机、步进电机、步进电机驱动器、采集卡、有效值检测模块和相位差测量模块等搭建了全自动声速测量系统,利用驻波法和相位比较法对声速进行测量。实验结果表明:新型声速测量仪克服了传统测量装置的缺陷,获得的数据量更大,包含的信息也更丰富。由于次峰的影响,常用的逐差法、最小二乘法和Origin软件线性拟合法处理数据误差较大,不能满足实验需要,有必要寻找声速测量数据处理的新方法。为排除次峰的影响,考虑到声速测量数据中极值点的出现具有空间周期性,利用傅里叶变换处理数据得到待测信号的空间频谱图,确定了声波的波长并计算出声速。数据处理结果表明:由于傅里叶变换排除了次峰干扰,使驻波法和相位比较法测量声速的相对误差分别从1.6%和1.0%减小为0.71%和0.41%,比传统方法更适合于处理声速测量数据;此外,从另一个角度证明次频共振现象是形成次峰的重要原因。     

胆结石的超声研究

文章报道了在体外测量的胆结石的声速、声衰减和其它导出的物理量。测量胆结石的声学性质,是为超声碎石机的最佳设计提供有益数据。由于结石的复杂结构及不同的组份,它的声学性质有很大差异。实验将结石分为三种类型:1.胆固醇(软),2.胆红素盐(中等硬度),3.混合的(硬)。 实验装置如图1所示。结石放在收、发换能器之间,换能器工作频率为2.5MHz。接收放大器的输出供给双线记忆示波器的y轴,其x轴为时间轴,从结石的厚度d和声在结石中的传播时间t,便可确定结石的声速     

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.     

压电瞬态响应在换能器声功率测量中的应用

探索一种简便的聚焦超声功率测量方法,利用压电陶瓷片直接接收超声信号,通过机电类比得到压电瞬态响应由压电片在声波作用力下引起受迫振动产生的电压响应与固有振动产生的高频衰减响应叠加而成,分析输出压电信号与换能器声功率之间的换算关系。对输出压电信号进行二次包络提取,获得表征声功率变化的电压幅度曲线,分别找出不同换能器驱动电压下包络曲线的最大峰值电压,将其平方值与声功率计所测声功率进行线性拟合,并对理论关系式中的比例系数进行标定。实验结果所得线性拟合度较高,且标定后所得声功率与声功率计所测值相对误差低于8.7%,证明了通过压电瞬态响应测量换能器声功率具有可行性。     

声速测量实验中界面反射问题的探讨

探讨在声速测量实验中,声波在发射器和接收器两个端面之间反向形成极大值的位置和条件,以及声波强度随距离变化的规律。这有利于学生正确实验和理解声波特性。     

超声换能器表面的振动状态

从超声波在波密介质和波疏介质之间的传播以及诱发共振发射超声波的角度,讨论了空气中超声声速测量实验所用超声换能器的表面振动状态.理论分析及实验测量结果表明:超声换能器表面振动状态与其结构有关,超声接收器表面位移振幅一般不为零.     

声速测量及声波的波动学规律研究

声速除了可利用共振干涉法和相位比较法测量外,还可以用干涉、衍射及“洛埃镜”反射等方法测量．声速实验的改进,不仅可扩展声速测量的方法,而且也可加深学生对波动学规律和本质的理解．     

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。