时差法声速测量仪的研制

共振干涉法和相位比较法是大学物理实验中常用的测量声速的方法,但是时差法很少被涉及。所设计的仪器在原有仪器功能的基础上增加时差法测量声速的内容,因为利用了单片机技术,在仪器成本没有增加的情况下,给该实验增加了一种实际常用的测量方法,并且数据测量结果与理论值符合得相当好。

全自动驻波法声速测量仪设计

设计和制作了一款全自动驻波法声速测量仪。该测量仪以上位机为核心,利用有效值检测模块将声波接收器产生的高频交变电压信号转化为直流电压信号,数据采集卡采集有效值检测模块输出的电压信号值,通过单片机和步进电机驱动器控制步进电机的转动,实现声波接收器的运动,以达到对驻波场中各点声压大小的自动测量;获得数据的同时,得到直观的声压变化与接收器位置关系图,数据和图片可以保存和输出。实验结果表明,该仪器彻底消除了回程差,测量效率高,操作简便,形象直观。

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。

声速测量仪使用新发现

介绍了用声速测量仪来测定固体的杨氏模量,并与教材中介绍的动态悬挂法测定固体的杨氏模量进行实验比较,结果更加简单、误差更小,并能一机多用。

一种高精度超声波声速自动测量仪

利用现代电子技术研制成功了脉冲式声速自动测量仪，它采用过零检测数字平均方法，声时测量精度达纳秒量级，可测绝对声速．本文着重介绍了仪器的原理结构，并给出了关键部分的详细电路．对固体及液体进行的若干实测结果表明，该声速仪不仅可用于实验室研究工作，更重要的是它在超声工业测量领域有广阔的推广应用价值．

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。

相位比较法在声速测量中的应用

介绍了在声速测定实验中利用声速测定仪、双踪示波器、低频信号发生器等实验仪器 ,提出了测量声驻波相位的一种直观方法 ,采用信号发生器发出的信号直接输入Y1 ,将接收器接收到的信号输入Y2 ,X轴仍输入扫描信号。在测量声压驻波振幅变化规律的同时与原信号的相位进行比较 ,可看到相位发生变化的规律。从而证实驻波相位的特点 ,在相邻 2个波节间的各点同相 ,而位于 1个波节的 2侧的 2点反相。用李萨如图形法测量声速误差较小。

李萨图形法和相位比较法测量声速精度的研究

介绍了在声速测定实验中利用声速测定仪、双踪示波器、低频信号发生器等实验仪器,提出了测量声驻波相位的一种直观方法,采用信号发生器发出的信号直接输入Y1,将接收器接收到的信号输人Y2,X轴仍输入扫描信号。在测量声压驻波振幅变化规律的同时与原信号的相位进行比较,可看到相位发生变化的规律。从而证实驻波相位的特点,在相邻2个波节间的各点同相,而位于1个波节的2侧的2点反相。用李萨如图形法测量声速误差较小。

全自动驻波法声速测量实验数据的处理方法研究

针对传统声速测量实验装置存在的缺陷,人们逐渐研制和使用自动化、智能化的新型声速测量装置.新型声速测量装置得到的测量结果数据量更大,包含的信息也更丰富.用传统的Origin软件线性拟合法处理数据误差较大,不能满足实验需要,有必要探索声速测量数据处理的新方法.新型声速测量装置的实验误差主要来自能量损耗和次频共振形成的次峰的影响.根据驻波法声速测量数据的特点和能量衰减的规律对数据进行修正,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,使驻波法测量声速的相对误差从1.66%减小为0.23%,比传统方法更适合于处理驻波法声速测量数据;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.

声学与海洋

在各种辐射形式中,声波在海水中的传播为最佳,在混浊和含盐的海水中,无论光波或电磁波的衰减都远较声波的衰减为大。 海洋及其边界的详细特征对声传播的影响是非常复杂的,声速是温度、深度和盐度的函数,而温度又是深度、季节、地理位置(纬度)和气候条件的函数。

一次有益且成功的尝试

多年来我们一直期望一些有重大创新的教学仪器能够申报国家级重大科研成果并得到确认。天津市教育技术装备处的傅光华同志的尝试成功了。