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  圣1478913592 2016-11-28 00:00:00

  5HZ的頻率不確定度給聲速測定帶來的影響-->Δf=5Hz，f=30000Hz，v=λf--> Δv/v=Δf/f=5/30000=1/60000 由于超聲波具有波長短，易于定向發(fā)射、易被反射等優(yōu)點。在超聲波段進行 聲速測量的優(yōu)點還在于超聲波的波長短，可以在短距離較精確的測出聲速。 超聲波的發(fā)射和接收一般通過電磁振動與機械振動的相互轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)，Z常 見的方法是利用壓電效應(yīng)和磁致伸縮效應(yīng)來實現(xiàn)的。本實驗采用的是壓電陶瓷制 成的換能器(探頭)，這種壓電陶瓷可以在機械振動與交流電壓之間雙向換能。 聲波的傳播速度與其頻率和波長的關(guān)系為： (1) 由(1)式可知，測得聲波的頻率和波長，就可以得到聲速。同樣，傳播速度亦可用 (2) 表 示，若測得聲波傳播所經(jīng)過的距離L和傳播時間t，也可獲得聲速。 1. 共振干涉法 實驗裝置如圖1所示，圖中和為壓電晶體換能器，作為聲波源，它被低頻信號發(fā)生器輸出的交流電信號激勵后，由于逆壓電效應(yīng)發(fā)生受迫振動，并向空氣中定向發(fā)出以近似的平面聲波；為超聲波接收器，聲波傳至它的接收面上時，再被反射。當(dāng)和的表面近似平行時，聲波就在兩個平面間來回反射，當(dāng)兩個平面間距L為半波長的整倍數(shù)，即 (3) 時，發(fā)出的聲波與其反射聲波的相位在處差(n=1，2 ……)，因此形成共振。 因為接收器的表面振動位移可以忽略，所以對位移來說是波節(jié)，對聲壓來說是波腹。本實驗測量的是聲壓，所以當(dāng)形成共振時，接收器的輸出會出現(xiàn)明顯增大。從示波器上觀察到的電信號幅值也是極大值(參見圖2)。 圖中各極大之間的距離均為，由于散射和其他損耗，各級大致幅值隨距離增大而逐漸減小。我們只要測出各極大值對應(yīng)的接收器的位置，就可測出波長。由信號源讀出超聲波的頻率值后，即可由公式(1)求得聲速。 2. 相位比較法 波是振動狀態(tài)的傳播，也可以說是位相的傳播。沿波傳播方向的任何兩點同相位時，這兩點間的距離就是波長的整數(shù)倍。利用這個原理，可以精確的測量波長。實驗裝置如圖1所示，沿波的傳播方向移動接收器，接收到的信號再次與發(fā)射器的位相相同時，一國的距離等于與聲波的波長。 同樣也可以利用李薩如圖形來判斷位相差。實驗中輸入示波器的是來自同一信號源的信號，它們的頻率嚴(yán)格一致，所以李薩如圖是橢圓，橢圓的傾斜與兩信號的位相差有關(guān)，當(dāng)兩信號之間的位相差為0或時，橢圓變成傾斜的直線。 3. 時差法 用時差法測量聲速的實驗裝置仍采用上述儀器。由信號源提供一個脈沖信號經(jīng)發(fā)出一個脈沖波，經(jīng)過一段距離的傳播后，該脈沖信號被接收，再將該信號返回信號源，經(jīng)信號源內(nèi)部線路分析、比較處理后輸出脈沖信號在、之間的傳播時間t，傳播距離L可以從游標(biāo)卡尺上讀出，采用公式(2)即可計算出聲速。 4. 逐差法處理數(shù)據(jù) 在本實驗中，若用游標(biāo)卡尺測出個極大值的位置，并依次算出每經(jīng)過個的距離為 這樣就很容易計算出。如測不到20個極大值，則可少測幾個(一定是偶數(shù))，用類似方法計算即可。

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