研究性报告——利用示波器测声速

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1、物理实验研究性报告——利用示波器测声速摘要本文是对模拟示波器和数字示波器实验（1031、1032）中声速测量的研究,在实验屮重点对两种示波器进行了对比，在研究与讨论部分分析了我们在实验屮自己观察到的一些特殊现象如“次级大”的出现，还提出了一•些实验中的注意事项和减小误差的建议。目录摘要21•实验口的42•实验原理42.1模拟示波器简介42.2数字示波器简介42.3声速测量原理53•实验仪器74•实验内容及主要步骤75•数据记录与处理85.1原始数据照片85.2模拟示波器数据处理85.3数字示波器数据处理106•讨论116.1共

2、振位置的判断116.2构造更严格的驻波场126.3其他误差的分析12参考文献141•实验目的1・了解示波器的主耍结构及参数测量的基本原理，掌握示波器、信号发生器的使用方法；2•学会用连续波方法测量空气声速，加深对共振、相位等概念的理解；2•实验原理2.1模拟示波器简介1）结构和工作原理模拟示波器是利用电子示波管的特性，将人眼无法直接观测的交变电信号转换成图像并显示在荧光屏上以便测量和分析的电子仪器。它主要由阴极射线示波管，扫描、触发系统，放大系统，电源系统四部分组成，如下图所示。图1模拟示波器工作原理示意图模拟示波器的基本工作

3、原理是：被测信号经Y轴衰减后送至Y1放大器，经延迟级后到Y2放大器，信号放大后加到示波管的Y轴偏转板上。若Y轴所加信号为图所示的正弦信号，X输入开关S切换到“外”输入，且X轴没有输入信号，则光点在荧光屏竖直方向上按正弦规律上下运动，随着Y轴方向信号的提高，由于视觉暂留，在荧光屏上显示一条竖直扫描线。同理，如在X轴所加信号为锯齿波信号，月.Y轴没冇输入信号，则光点在荧光屏上显示一条水平直线。2）模拟示波器的特点模拟示波器的特点是：波形显示快速，实时显示；波形连续真实，垂直分辨率高；捕获率高；有对聚焦和亮度的控制，可调节出锐利和清

4、晰的显示结果。模拟示波器的不足Z处是：无存储功能；仅有边沿触发；无口动参数测量功能，仅冇手动测量，所以准确度不够高；由于CRT的余辉时间很短，所以难以显示频率很低的信号；难以观察非重复性信号和瞬变信号。2.2数字示波器简介数字示波器（如下图）是通过对被测模拟信号进行模/数（A/D）转换，再以数字或模拟信号方式进行显示的一种数据测量和分析装置，它不但可以观测和分析各种重复信号，还可以捕获各种非重复信号，包括单次触发信号等。数字示波器一般还具有数据储存和计算功能，可以对测量到的数据进行分析计算，并将计算结果显示在屏幕上，或将数据和

5、波形导出到计算机或者外接储存器屮。图2数字示波器1）结构和工作原理数字示波器以微处理器为主控单元，核心部件包括前置放大电路和A/D传换元、数据存储器以及显示单元和人机接口单元等。对于采用液晶显示方式的数字示波器，在微处理器的控制下，从数据储存器读取数据并经判别和处理后，按一定方式直接在液晶屏上显示波形；而对于采用CRT显示的数字示波器，则输出数据还需要经数/模（D/A）转换后才能在荧光屏上显示。数字示波器的工作原理是：在时基电路的控制下，对输入信号按一定时间间隔采样，通过A/D转换器量化后，对这些瞬时值或采样值进行变换，以二进

6、制码的形式，将波形数据在快速储存器屮储存，经触发功能电路进行条件判定、触发，结束采集过程，再以数字或者模拟方式进行显示，重现波形。在数字示波器中，A/D转换器是关键部件，它的位数和采样速率不仅决定了数字示波器的最大采样速率以及分辨率，同样也能对其幅值的测量精度带来影响。与模拟示波器不同的是，数字示波器采用了晶体振荡器来控制时基电路，使其能够具备更高的吋间测量准确度。2）数字示波器的特点由于采用了A/D转换盒数据储存技术，故数字储存示波器可以克服传统示波器无法完成对单次信号和低重复频率信号进行测试的缺点，配合其灵活而强大的触发功

7、能，不仅可以观测触发点后信号变化的情况，还可以获得触发点之前的信息，非常适合用于单次信号的观测分析。与模拟示波器相比，其突出优点还包括测量精度高，可以对采集到的数据进行各种数学分析和处理，如冇效值计算，频谱分析等；另外，量程口动调整，测量结果直接数字方式显示，波形和数据可直接导出到计算机、打印机或外接储存器等功能,也是普通模拟示波器所不具备的。尽管数字示波器具有许多突出的优点，但其工作原理决定了其也有不足之处,如信号输入与实际波形显示之间有吋间延迟，难以做到对输入信号的实吋显示；若采用频率设置不合理或者采集数据不足，易导致显示

8、波形失真；显示复杂动态变频信号时会出现波形混叠现象等。2.3声速测量原理声学测量是人们认识声学问题本质的一种实验手段，声速是声学研究的一个重要的基木参量。它的测定特别是精确测定不仅有重要的基础研究价值，而且在物质的物理、化学性能例如分子结构、运动状态以及多种物理效应的研究也是