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。

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。

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.

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.