超声波干涉方法测量声速实验的研究

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1、超声波干涉方法测量声速实验的研究王梦娇（14B14226）（东南大学南京210000）摘要:对共振干涉法测ft声速进行了简要介绍。详细分析丫共振干涉法产生误差的原因。结合相应的实验数据的分析和对误差來源的忍考提出了一些减小误差的措施。关键词：声速；共振千涉法；误差來源；减小措施UltrasonicinterferencemethodformeasurementofthespeedofsoundWangMengjiao(SoutheastUniversityNanjing210000)Abstract:Inthisarticle,wehaveabriefintroduceto

2、theresonantcoherentmethodofmeasuringthevelocityofsound.Wecarefullyanalyzethereasonsthatresultintheexperimentaldeviation.Combiningsomeexperimentaldataandreflectionsontheerrorsources，wcproposesomemethodstoreducetheexperimentaldeviation.keywords:thevelocityofsound;resonantcoherentmethod;error

3、sources;methodstoreduce声波是在介质中传播的一种机械波。对于声波特性的测量（如频率、波速、波长、声压衰减、相位等）是声学应用技术中的主要内容。特别是声速测量，在声波定位、探伤、测距等应川中具有重要意义。在物理实验中，进行声速测量一般采用超声波，这是因力超声波具有定向好、波长短的特点。采用的方法一般为干涉法。本文结合实验数据，分析了误差产生的原W，并对如何减小声速测量的测量误差，提高测量的精确度进行了研讨。作者简介：王梦娇（1996-），女，本科在读。402091616@qq.com1实验原理如图1所示，使用信号发生器，将固定幅值的正弦电压信号输给超声声

4、速测量仪，超声声速测量仪是利用压电体的逆压电效应，在信号发生器的交变电压作用下，使压电体产生机械振动，激发岀超声波，在空气屮传播。由发射器发出的波近似平面波，经接收器反射后，波将在两端面间來冋反射并叠加，叠加的波讨近似看作具有驻波加行波的特性，巾纵波的性质可知，当接收器端而按振动的位移来说处于波节时，则按声压来说是处于波腹。当发生共振吋，接受端画近似为波节，接受到的声压最大，经接收器转换成的电信号也最大，在示波器上显示的正弦电压图形幅位最大。声压的变化和接收器位賈的关系可以从通过声速测S仪上涡轮杆配合，移动精度为0.01mm移动装罝确定。移动换能发射器，改变发射器与接收器之

5、间的距离，到某个共振位置吋，示波器上显示最强的信号吋，立即进行定位，继续移动发射器，示波器乂显示最强信号，再次定位。则两次共振之间的定位距离之差为半波长。但随着发射器与接收器之间的距离增加。信号有所衰减，示波器上显示的正弦电压图形最大值并不是一个固定值，而是依次逐渐减小的。如图2所示。图1共振十涉法装.胃.图图2极值波形图测量结果的影响.声知信号呼信号发丰器，输出正弦波信号，送至袅射器，将*信号转fe为机械振动’发射出超声波。当信号发生器输出的正弦波频率等于发生器的同有频率，则产生谐振，发生器的振动最强，产生的超声波能量最大。但当信号发生器输出的正弦波频率不稳定，出现漂移时

6、，必然使发射器的振动频率和强度也发生变化，从而使产生的波能量强度也随之减少。因为谐振时，振动最强，信号发生器输出信号频率漂移时，使发射器工作在非谐振状态，所以产生的超声波强度就变小，同吋因频率变化而导致波长发生变化，共振干涉点的位置，也发生变化，接收器就难以找到确切的共振干涉点，测量结果就有更大的误差。一般的信号发生器输出频率的相对误差为1%，发射器的同有频率在40K赫兹左右，所以绝对误差为400赫兹左右，可见，产生的影响是较大的。用共振干涉法或相位比较法测量超声波的速度，均与频率或波长有关，所以要提高测量结果的精确度，须用性能较好的输岀频率稳定的信号发生器。2.2示波器的

7、灵敏度对测量结果的影响接收器接收到的超声波，转换为电信号后，送往示波器加在y偏转板上，从而显示超声波的波形和幅度。当接收器接收到超声波强度的大小发生微小变化时，示波器能否反映出來，就取决于示波器y偏转的灵敏度和幅度线性。示波器的灵敏度越高,幅度线性越好，就越能反映超声波强度大小的微小变化，测量结果也就越精确。但由于波形幅度受示波器显示屏大小及几何尺寸的制约，不能超过屏幕的最大尺、h否则就无法观察和比较波形和幅度，所以Y偏转增益不能过大。一般示波器的最高灵敏度为lmV/div，误差为10%。解决的办法是将幅度调到刚好