用相位法测声速

用相位法测声速【实验目的】1、学习用相位法测量空气中的声速。2、了解空气中的声速与温度的关系。3、提高声学、电磁学等不同类型仪器的综合使用能力。4、了解换能器的原理及工作方式。【实验仪器】综合声速测定仪、综合声速测定仪信号源、双综示波器。【实验原理】1、声波的波速测量声速一般的方法是在给定声音信号的频率f情况下，测量声信号的波长，由公式uf，计算出声速u。图2实验连线示意图3、相位法测量声速的原理图2为实验连线示意图，它由综合声速测试仪、信号源、和示波器组成。声速测试仪装置的支架上部装有游标尺，游标尺的刀口下部装有两只压电换能器。作为发射超声波用的换能器1S固定在刀口的左端。另一只接收超声波用的换能器2S装在刀口的右端，可沿着游标尺移动。两只换能器的相对位移可从游标尺上读得。使换能器1S发射超声波的正弦电压信号由信号源供给。正弦电压信号的频率直接在信号源的数码管上显示出来。换能器2S把接收到的超声波压转换成电压信号，用示波器观察。由信号源产生的一正弦波信号，一方面由“示波器”端钮将信号送入示波器的“1CH（X轴）”，另一方面由“换能器”端钮将信号送入综合测定仪的“1S”，再传送到“2S”，然后送入示波器的“2CH(Y轴)”。在示波器上将显示出两个频率相等、振动方向相互垂直、位相差恒定的利萨如图形。由于两信号到达时间不同（或存在有波程差）而产生相位差。2L相位差不同，利萨如图形也不同。即11sin()XAt22sin()YAt合成后的方程为22221212212122cos()sin()XYXYAAAA这是一个稳定的椭圆利萨如图形。当210时2222121220XYXYAAAA或12XYAA这是一直线方程。即两者相位相同或相位差为2的整数倍时，合成为一条直线。当212k时2222121XYAA合成后的利萨如图形为正椭圆。可见利萨如图形随相位差的变化而改变。当连续移2S,增大1S与2S之间的距离L时，利萨如图将从直线到椭圆再到直线变化，如图3所示。当L改变一个波长时，即两信号的相位差改变2时，图形就会重复出现同样斜率的直线。如图3所示。这样就可以测量出波长的长度。图3不同相位差对应的利萨如图【实验步骤】1、按图2所示接线，将换能器间距离调整到约50mm。信号源输出频率为0f，大约为36000ZH。2、打开示波器电源，预热5分钟，待出现一条绿色的水平线。将开关置于“CH1”，显示X方向的正弦波形，然后将开关置于”CH2”,显示Y方向的波形。应使两者的幅度大致相等。幅度不应过大。3、将示波器的旋钮旋到XY位置，示波器出现“椭圆”图形。将图形调至中间。旋转声速测定仪上的手轮，看图形的变化规律，看是否是从左到右再从右到左变化。4、将利萨如图形调成一条直线，并记住直线的位置。打开自动记录仪的电源开关，并清零。5、转动声速测定仪上的手轮，逐步增大换能器间距，观察相应的李萨如图形，直到图形再回到开始的直线位置时，记录下记录仪上的读数，并记录信号源上的频率。6、重复步骤5。记录8组数据，填在相应的表内。五、数据记录六、数据处理计算平均波长12344波长绝对不确定度421()41ii序号()nZfH()nLmm4()nnnlLLmmi14nl()mm12345678平均频率81nnff频率绝对不确定度821()81nnfff计算平均声速uf相对不确定度22()()ufEf波长绝对不确定度uuEu波速的完整表示(/)uuums