【正文】 對(duì)不確定度 EV (uff) (2uf mf (HZ) uLI 5 LiLi 5 Li)2 () () % 聲速的計(jì)算 V 22f(Li 5 Li) (m/s)55 聲速 V 不確定度為 uV VEV 3(m/s) V V uV (m/s)(p) EV % 2）相位法測量聲速 參考駐波法。 ： 1)實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果與理論值接近，是誤差允許范圍。 2）相位法測量優(yōu)于駐波法測量。 ： 1）共振頻率的不穩(wěn)定。 2）換能器的不完全平行。 3）示波器上振幅極大值的不穩(wěn)。 4）隨著換能器的距離的增加能量會(huì)有減弱。 5）測量時(shí)會(huì)含有回程差。 第五篇：聲速測定儀的改進(jìn)及聲速測量方法的研究 (精 ) 聲速測定儀的改進(jìn)及聲速測量方法的研究摘要 :改進(jìn)聲速測定儀 ,聲速測量方法的研究與思考 ,關(guān)鍵詞 :聲速測量 。測量方法分析 ?？v所周知 ,振動(dòng)頻率 在 (20200O0Hz 的聲波可以被人耳聽到 ,被稱為可聞波 ,頻率在 20kHz 以 _h 的聲波稱為超聲波。聲波的波長、強(qiáng)度、傳播速度、頻率、聲壓衰減、相位等是聲波的重要特性。對(duì)聲波特性的測量是聲學(xué)在應(yīng)用技術(shù)的一個(gè)重要內(nèi)容 ,特別是聲波波速 (簡稱聲速的測量 ,在聲波定位、探傷、測距等應(yīng)用中具有重要意義。 共振干涉法、相位比較法、時(shí)差法這三種方法的偶然誤差主要來源是讀數(shù)誤差 .在實(shí)驗(yàn)過程中 ,雖然測試的距離值由數(shù)顯標(biāo)尺來讀數(shù) ,而且數(shù)顯標(biāo)尺可自動(dòng)讀數(shù) .但是位置的確定要從示波器的波形位置來確定 .而示波器的波形位置直接決 定了數(shù)顯標(biāo)尺觚的值 .波形最大或最穩(wěn)定則是人為認(rèn)定的 .從這個(gè)角度來看 ,它們的偶然誤差也是一樣的 .以上四個(gè)方面比較表明 ,共振干涉法和相位比較法無論是原理、儀器、操作 ,還是誤差分析 ,有更多的共同之處 .而時(shí)差法則和前兩個(gè)方法的不同則更多一些 .共振干涉法和相位比較法一直是實(shí)驗(yàn)室研究中經(jīng)常用到的 ,而時(shí)差法則比較經(jīng)常出現(xiàn)在工業(yè)測量上 .【 1】 聲速的測量方法有多種 ,實(shí)驗(yàn)室常用方法是利用聲速與聲波頻率 ,及波長的關(guān)系進(jìn)行測量 .諧振頻率 ,由頻率計(jì)直接讀出 ,關(guān)鍵是測出聲波的波長 .由于超聲波波長短、容易測量、不可聞等優(yōu)點(diǎn) ,多 數(shù)實(shí)驗(yàn)室選用超聲聲速測定儀 ,調(diào)節(jié)兩換能器互相平行進(jìn)行測 量 .但在該實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn) ,聲速測定儀兩換能器互成某一角度時(shí) , 接收換能器也能夠接收到交變信號(hào) ,是否能夠利用這一交變信號(hào)測量聲速呢 ? 成任意角度 ,從而使接收換能器能在發(fā)射換能器的不同方位上測量聲波 ,必須在聲 速測定儀的基礎(chǔ)上進(jìn)行簡單的改進(jìn) .聲速測定議的結(jié)構(gòu)如圖 l 所示 ,一換能器固定在邊沿上 ,另一換能器固定在可移動(dòng)底座上 ,但換能器的方向不能自由轉(zhuǎn)動(dòng) .據(jù)此 ,用鋁合金制成如圖 2 所 示的延長臂 A 和換能器套圈 ,裝上延長臂 ,并用套圈固定螺絲套緊 。延長臂 A的另一端用螺絲跟 B套緊后 ,在套圈 B裝 J二壓電陶瓷換能器 ,并旋緊邊沿上的三根螺絲 .改進(jìn)后的聲速測定儀如圖 3所示 .接收換能器與發(fā)射換能器的端面可以調(diào)節(jié)平行或者成任意角度 .改裝后的聲速測定儀還可以測量聲波在液體中的速度 ,在聲測定儀的前側(cè)放置一液體槽 ,延伸臂可以很方便地伸入液體內(nèi) ,測量超聲波在液體中的傳播速度如圖 4 所示 .聲速測定儀的改進(jìn) ,擴(kuò)大了儀器的使用范圍 .【 2】 根據(jù)諧振、共振和波的反射、迭加性質(zhì) ,測 量波的傳播速度的方法 ,是一種重要的思想方法 ,但在測量超聲波波速的方法和裝置中 ,存在三個(gè)影響測量結(jié)果的問題 :一是振動(dòng)源的穩(wěn)定性 ,二是觀察振動(dòng)情況的示波器靈敏度 ,三是發(fā)射器和接收器的固有頻率不相等。 用于產(chǎn)生超聲波信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器 ,輸出正弦波信號(hào) ,送至發(fā)射器 ,將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng) ,發(fā)射出超聲波 ,如圖 1 所示。當(dāng)信號(hào)發(fā)生器輸出的正弦波頻率等于發(fā)生器的固有頻率 ,則產(chǎn)生諧振 ,發(fā)生器的振動(dòng)最強(qiáng) ,產(chǎn)生的超聲波能量最大。但當(dāng)信號(hào)發(fā)生器輸出的正弦波頻率不穩(wěn)定 ,出現(xiàn)漂移 時(shí) ,必然使發(fā)射器的振動(dòng)頻率和強(qiáng)度也發(fā)生變化 ,從而使產(chǎn)生的波能量強(qiáng)度也隨之減少。因?yàn)橹C振時(shí) ,振動(dòng)最強(qiáng) ,信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)頻率漂移時(shí) ,使發(fā)射器工作在非諧振狀態(tài) ,所以產(chǎn)生的超聲波強(qiáng)度就變小 ,同時(shí)因頻率變化而導(dǎo)致波長發(fā)生變化 ,共振干涉點(diǎn)的位置 ,也發(fā)生變化 ,接收器就難以找到確切的共振干涉點(diǎn) ,測量結(jié)果就有更大的誤差。 一般的信號(hào)發(fā)生器輸出頻率的相對(duì)誤差為 1%【 3】 ,發(fā)射器的固有頻率在 40K左右 ,所以絕對(duì)誤差為 400赫茲左右 ,可見 ,產(chǎn)生的影響是較大的。用共振干涉法或相位比較法測量超聲波的速度 ,均與頻率或波長有關(guān) ,所以要提高測量結(jié)果的精確度 ,須用性能較好的輸出頻率穩(wěn)定的信號(hào)發(fā)生器。 接收器接收到的超聲波 ,轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后 ,送往示波器加在 y 偏轉(zhuǎn)板上 ,從而顯示超聲波的波形和幅度 ,如圖 1 所示。當(dāng)接收器接收到超聲波 強(qiáng)度的大小發(fā)生微小變化時(shí) ,示波器能否反映出來 ,就取決于示波器 y 偏轉(zhuǎn)的靈敏度和幅度線性。示波器的靈敏度越高 ,幅度線性越好 ,就越能反映超聲波強(qiáng)度大小的微小變化 ,測量結(jié)果也就越精確。但由于波形幅度受示波器顯示屏大小及幾何尺寸的制約 ,不能超過屏幕的最大尺寸 ,否則就 無法觀察和比較波形和幅度 ,所以 Y偏轉(zhuǎn)增益不能過大。一般示波器的最高靈敏度為 lmvldiv,誤差為 10%。解決的辦法是將 幅度調(diào)到剛好在熒光屏的最大值范圍內(nèi) ,可使誤差減少到儀器所能達(dá)到的最小程度。 的影響 發(fā)射器探頭與接收器的探頭由于都有各自的固有頻率 ,并且很難做到相等 ,一般相差幾十至幾百赫茲。對(duì)利用共振干涉法測量波長影響較大 ,因?yàn)楣舱窀缮娣ū容^的是能量的大小 ,找的是能量最大值的位置 ,即共振點(diǎn) ,不同的固有頻率使得出現(xiàn)能量最大值的位置增多 ,范圍變寬 ,能量 幅度最大值不再是一個(gè)位置 ,而是一個(gè)區(qū)間 ,從而使測量誤差增大。對(duì)利用相位比較法測量的結(jié)果影響不大 ,因?yàn)橄辔槐容^法 ,比較的是發(fā)射波與人射波的相位差 ,而不是能量的幅值 ,只要找到相位相等的相鄰點(diǎn)的位置 ,即可測量出波長的大小?！?4】可見相位比較法只與頻率有關(guān) ,與能量無關(guān) ,而共振干涉法與頻率和能量均有關(guān) ,測量結(jié)果沒有相位比較法的準(zhǔn)確。因此 ,當(dāng)發(fā)射器與接收器的固有頻率相差較大時(shí) ,宜采用相位比較法 ,不宜用共振干涉法。 參考文獻(xiàn) 【 1】黃賢群 .SW1 型聲速測定儀的改進(jìn)及聲速測量方法的研究 .韓山師范學(xué)院學(xué)報(bào) ,2021,29(06:4952【 2】毛杰健 ,楊建榮 .超聲波波速測量裝置中存在的三個(gè)問題 .上饒師范學(xué)院學(xué)報(bào) ,2021,22(06:3839【 3]江蘇洪澤瑞特電子設(shè)備有限公司 .豁 1麟 5型功率函數(shù)信號(hào)發(fā)生器技術(shù)說明書〔 【 4】鄧麗娟 .SV4型聲速組合測定儀測聲速三種方法的比較 .寧德師專學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版 ,2021,20(04:411413