【正文】 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。對(duì)利用相位比較法測(cè)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(cè)量出波長(zhǎng)的大小。 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。一般示波器的最高靈敏度為 lmvldiv,誤差為 10%。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(cè)量結(jié)果也就越精確。 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。 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。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。 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。 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(lái)源是讀數(shù)誤差 .在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中 ,雖然測(cè)試的距離值由數(shù)顯標(biāo)尺來(lái)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(lái)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(lái)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(wú)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(cè)量上 .【 1】 聲速的測(cè)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(zhǎng)的關(guān)系進(jìn)行測(cè)量 .諧振頻率 ,由頻率計(jì)直接讀出 ,關(guān)鍵是測(cè)出聲波的波長(zhǎng) .由于超聲波波長(zhǎng)短、容易測(cè)量、不可聞等優(yōu)點(diǎn) ,多 數(shù)實(shí)驗(yàn)室選用超聲聲速測(cè)定儀 ,調(diào)節(jié)兩換能器互相平行進(jìn)行測(cè) 量 .但在該實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn) ,聲速測(cè)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(cè)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(cè)量聲波 ,必須在聲 速測(cè)定儀的基礎(chǔ)上進(jìn)行簡(jiǎn)單的改進(jìn) .聲速測(cè)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(zhǎng)臂 A 和換能器套圈 ,裝上延長(zhǎng)臂 ,并用套圈固定螺絲套緊 。聲波的波長(zhǎng)、強(qiáng)度、傳播速度、頻率、聲壓衰減、相位等是聲波的重要特性。測(cè)量方法分析 。 5）測(cè)量時(shí)會(huì)含有回程差。 3）示波器上振幅極大值的不穩(wěn)。 ： 1）共振頻率的不穩(wěn)定。 ： 1)實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果與理論值接近，是誤差允許范圍。 4）由近至遠(yuǎn)，慢慢移動(dòng) S2,并注意觀察圖形變化，逐下記下每發(fā)生一次半周期變化（即圖形由“ /”直線變到“ \”直線）接收換能器S2 的位置讀數(shù) Li 值，共測(cè)十個(gè)數(shù)據(jù)。 2）把示波器的“ Yinput”接超聲波測(cè)速儀的接收器 S2,示波器“ X輸入”聯(lián)接到低頻信號(hào)發(fā)生器的電壓輸出（不能接同步輸出）。 8 由近至遠(yuǎn)慢慢移動(dòng)接收器 S2，逐個(gè)記下九個(gè)幅度最大的位置（即 Li 值）。 7）向右稍移 S2，并調(diào)整游標(biāo)卡尺的微調(diào)螺絲，同時(shí)觀察示波器上波形，使波形幅度最大，幅度如果超過(guò)屏幕，可調(diào)整 Y增益 VARIABLE，使波形滿屏。 5）示波器熒幕的波形若不在中央，可調(diào)節(jié)垂直或水平位移電位器；波形太?。赡懿环€(wěn)定）或太大，可調(diào)節(jié) Y 增益電位器 VARIABLE，使波形幅度適中。觀察示波器，當(dāng)屏幕的波形幅度最大時(shí)，說(shuō)明換能器 S1 處于共振狀態(tài)。掃描檔 TIME/DIV為 20us，觸發(fā)源（觸發(fā) TRIG）選擇“內(nèi)同步 INT”；觸發(fā)方式為“自動(dòng)”。 2）打開電源開關(guān)，把頻率倍乘按鈕 10K 壓入，調(diào)節(jié)幅度電位器，使數(shù)碼顯示屏讀數(shù) 58V 電壓 ,電壓衰減按鈕為 20dB；波形選擇為正弦波（彈出狀態(tài)）。同時(shí)可以控制頻率在超聲波范圍內(nèi)，使一般的音頻對(duì)它沒(méi)有干擾。發(fā)射器的平面端面用以產(chǎn)生平面聲波；接收器的平面端面則為聲波的接收面和反射面。兩只超聲壓電換能器的位置分別與游標(biāo)卡尺的主尺和游標(biāo)相對(duì)定位，所以兩只換能器相對(duì)位置距離的變化量可由游標(biāo)卡尺直接讀出。因此，每移動(dòng)半個(gè)波長(zhǎng)，就會(huì)重復(fù)出現(xiàn)斜率符號(hào)相反的直線。 改變 S1 和 S2 之間的距離 L，相當(dāng)于改變了發(fā)射波和接受波之間2 1），熒光屏上的圖形也隨之變化。當(dāng)相位差 22 21 0 時(shí)，由（ 5）式，得 y A2xA1，即軌跡為一條處在于第一和第三象限的直線 [參見圖 16— 2(a)]。此距離 2 可由超聲聲速測(cè)定儀上的游標(biāo)卡尺測(cè)得，頻率可由低頻信號(hào)發(fā)生器上的頻率計(jì)讀得，根據(jù) V f，就可求出聲速。 移動(dòng) S2，可以連續(xù)地改變 L 的大小。在示波器上得到的信號(hào)幅度最大。當(dāng)波源的頻率和駐波系統(tǒng)的固有頻率相等時(shí)，此駐波的振幅才達(dá)到最大值，此時(shí)的頻率為共振頻率。常用的測(cè)量聲速的方法有以下兩種。 實(shí)驗(yàn)儀器 超聲聲速測(cè)定儀、低頻信號(hào)發(fā)生器 DF1027B、示波器 ST16B。（ 2）進(jìn)一步掌握示波器、低頻信號(hào)發(fā)生器的使用方法。 數(shù)據(jù)記錄與處理 【一】 測(cè)量系統(tǒng)的諧振頻率 f kHz 此時(shí)換能器間距 L mm【二】 用共振干涉法測(cè)波長(zhǎng)（（ v公 =） 1L mm， 11L mm mm 聲速 v= 百分偏差 B= 【三】用相位比較法測(cè)波長(zhǎng) （ v 公 =） 數(shù)次數(shù) iLi/mm數(shù)次數(shù) i+6Li+6m/mm6()/6()iiLLmm +=()mm 1 7 2 8 3 9 4 10 5 11 6 12 聲速 v= 百分偏差 B= 思考題：用相位法測(cè)量波長(zhǎng)時(shí)，指出本實(shí)驗(yàn)用哪兩個(gè)圖形之間的距離： 測(cè)量波長(zhǎng)：（在正確的圖下畫√） 進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師要求撰寫。 注意：本實(shí)驗(yàn)用的聲速測(cè)定裝置動(dòng)子是發(fā)射端，定子是接收端。 為步長(zhǎng)調(diào)節(jié)），直到接收波振幅最大。 動(dòng)調(diào)節(jié)方法是：先移動(dòng) S1 到距 S2 為為 5～ 10cm，緩慢調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器