声速测量

摘要： 本文以超声波的声速测量以及磁滞回线实验的数据处理为例,探究了MATLAB在处理大学物理实验数据方面的应用。利用MATLAB程序准确计算了超声波的声速、不确定度以及相对误差并且精确绘制了磁滞回线、基本磁化曲线和μ-H曲线。本文为学生利用信息技术处理实验数据提供了一个有效的解决方案。

摘要： 针对飞行时间测量法中信号起振点难以检测而导致的测量误差问题,提出了一种基于时频的综合测量算法,以获得高精度超声波声速。首先运用信号时域互相关法,测量声波飞行的整周期时间;再利用信号频域信息中相位差,获得超声传播群延时信息;最终通过时域与频域综合信息获得高精度的飞行时间测量,从而提高声速的测量精度。声速测量平台采用“FPGA+微处理器”架构,对提出的方法进行验证,实测数据结果表明该声速时频测量算法有效,并具有较好的实用价值。

摘要： 空气中的声速随着温度的变化而变化,本文利用生活中的器材(有限长直管)自制简易实验装置,借助手机APP作为声音发射器和频率接收器,在管内中部区域形成恒温条件,实现了驻波法对不同温度下声速的测量,在测量范围内相对误差不超过2%.这种基于传统物理实验的拓展,在特殊居家环境下亦可进行,有利于物理实验线上自主学习模式的开展,促进学习者的综合素质和实践创新能力的提升.

摘要： 针对目前三维声操作技术悬浮粒子数量少、悬浮空间局限的问题,本文提出了一种由三对相对换能器阵列组成的声悬浮装置的设计方案,通过改变换能器阵列的相位差,成功实现了粒子的三维操纵.该装置可用于测量声速,相对误差一般在2%~5%左右,对测量环境要求比较严格.

摘要： 本文利用声光效应对晶体中声速进行实验测量,通过Matlab编程实现图像识别和数据处理。同时结合以量子力学为基础的密度泛函方法对晶体声速进行理论模拟计算,并对实验结果和理论模拟计算数据及参考文献中的数据进行了对比和讨论,分析了实验中可能产生误差的因素。发现利用计算机对实验图像识别和数据处理可以有效提高实验精度,为将来在高校中开展声光效应相关实验设计和理论模拟计算提供参考。

摘要： 本文搭建了一个超声波干涉装置,其中引入两个可独立调节的波源,一个为固定波源,另一个为可平行移动波源.利用该装置,可基于超声波近完全相消相干条件测定其波长,进而精确地测量声速.该方法是对现行大学物理实验课中声速测量方法的一个改进,同时该装置也可以演示频差较小的两列声波叠加产生的拍频现象.

摘要： 冰中声速对冰层覆盖下海洋信道声传播特性及水中目标声特性研究具有重要意义.由于气泡、卤水、杂质等因素的影响,不同冰介质的物理性质存在较大差异,导致冰中声波的传播速度有所不同.本文对冰介质中纵波声速开展测量方法研究,采用直达法测量渤海湾冬季海冰、内陆湖中淡水冰及人造淡水冰纵波声速,测量结果表明海冰中纵波声速约为3360±4162m/s,湖冰3772士57m/s,人造淡水冰3729±423m/s,结果可为冰介质声学特性、冰层下声传播特性及冰区目标声特性相关研究提供参考.

摘要： 为了分析爆破振动对新浇混凝土的影响,分别在混凝土模型浇筑后3、5、7、9、11 h进行爆破振动,通过声速仪对爆破前后混凝土的声速变化进行测量记录,同时在混凝土表面不同位置安装振动传感器用于测量振动幅值.结果表明:在爆源参数保持不变情况下,同一测点上的振动峰值随着凝固时间增加逐渐变大,说明混凝土在强度增长初期对爆破振动响应比较弱,随着水化反应进行,混凝土强度逐渐增长,其对爆破振动响应逐渐增强.另外,对于新浇筑混凝土,其内部有大量未水化水泥,即使在爆破振动作用下造成轻微的损伤,也能够完全愈合,而不影响后期强度,甚至强度因振捣作用有所提高,但也容易出现骨料下沉,导致底部强度高于上部.上述结果可为新浇混凝土在爆破振动下的安全标准提供参考.

摘要： 通过搭建纹影光路,实现了40 KHz声波的可视化.利用该纹影光路,可以直观、方便地实现声波反射、衍射等演示,并且可以通过声波场的可视化图像直接测量超声波长,进而计算声速,为声速的测量提供了一种简便可靠的方法.本文实验装置结合了光学与声学相关内容,可以作为声速测量实验内容的拓展补充.

摘要： 流体中声速测量实验是大学物理实验的基本内容之一,通常采用共振干涉法和相位比较法测量超声波的波长.本文发现了测量过程中的多谐振频率点现象,系统研究了其影响因素并对其原因和物理意义进行了剖析.结果表明,不同介质及发射和接收器在不同距离条件下,均会影响谐振频率位置.基于不同谐振点现象的研究分析,引入系统共振频率概念,加深了对谐振频率及共振频率的理解和认识.

摘要： 在声速测量实验中，分别用共振干涉法和相位比较法测量了超声波在空气中的传播速度，并将实验结果与理论值进行了比较。通过对实验误差各种可能来源的分析，提出了减小误差的方法，并对实验测量的不确定度进行了估算。

摘要： 针对海底沉积物声速测量中前沿检测时延估计精度差的缺点,通过估计CW脉冲信号相位实现时延测量,并利用脉冲对方法克服相位估计的周期模问题,从而实现高精度的时延估计.通过仿真研究,验证了该方法的正确性和有效性.

摘要： 对驻波法测量液体中的声传播速度进行了研究.利用声速测量仪分别对水、无水乙醇和甘油中的声速进行测量.研究表明:利用声速测量仪测量液体中声速,无需将测量系统浸没在液体中,测量方法简单，在误差范围内,测量结果准确,方法简便,有利于对介质声速测量的进一步研究.

摘要： 对驻波法测量液体中的声传播速度进行了研究.利用声速测量仪分别对水、无水乙醇和甘油中的声速进行测量.研究表明:利用声速测量仪测量液体中声速,无需将测量系统浸没在液体中,在误差范围内,测量结果准确,方法简便,有利于对介质声速测量的进一步研究.

摘要： 近年来,许多研究发现磁场对液体的物理性质会产生影响,如折射率、粘度等.磁场会对液体的传统粘度测量方法产生影响,而布里渊光散射法能够有效的测量液体的声速及粘度等物理性质.本工作采用了布里渊光散射法,在静磁场下测量了水的声速和纵向粘度.结果表明，静磁场可以减小水的声速，增大纵向粘度;磁场作用时间越长，效果越显著。

摘要： 近年来,许多研究发现磁场对液体的物理性质会产生影响,如折射率、粘度等.磁场会对液体的传统粘度测量方法产生影响,而布里渊光散射法能够有效的测量液体的声速及粘度等物理性质.本工作采用了布里渊光散射法,在静磁场下测量了水的声速和纵向粘度.结果表明，静磁场可以减小水的声速，增大纵向粘度;磁场作用时间越长，效果越显著。

摘要： 近年来,许多研究发现磁场对液体的物理性质会产生影响,如折射率、粘度等.磁场会对液体的传统粘度测量方法产生影响,而布里渊光散射法能够有效的测量液体的声速及粘度等物理性质.本工作采用了布里渊光散射法,在静磁场下测量了水的声速和纵向粘度.结果表明，静磁场可以减小水的声速，增大纵向粘度;磁场作用时间越长，效果越显著。

摘要： 近年来,许多研究发现磁场对液体的物理性质会产生影响,如折射率、粘度等.磁场会对液体的传统粘度测量方法产生影响,而布里渊光散射法能够有效的测量液体的声速及粘度等物理性质.本工作采用了布里渊光散射法,在静磁场下测量了水的声速和纵向粘度.结果表明，静磁场可以减小水的声速，增大纵向粘度;磁场作用时间越长，效果越显著。

摘要： 基础物理系列实验中的声速测定实验对学生理解振动叠加和驻波的相关理论知识有着重要作用.本文针对实验中接收端共振峰值依次出现强弱交替的现象进行了深入的研究和讨论.基于理论分析和数值模拟,通过对几种变量(空气吸收系数αη,界面反射系数γ和反射次数n)分别进行计算分析后,发现上述现象主要是由于超声波在换能器之间多次反射叠加、超声波在空气中传播和在界面反射时发生衰减的共同作用造成,实验条件下的超声波叠加波形已经与简单的驻波模型有较大的差别.

摘要： 基础物理系列实验中的声速测定实验对学生理解振动叠加和驻波的相关理论知识有着重要作用.本文针对实验中接收端共振峰值依次出现强弱交替的现象进行了深入的研究和讨论.基于理论分析和数值模拟,通过对几种变量(空气吸收系数αη,界面反射系数γ和反射次数n)分别进行计算分析后,发现上述现象主要是由于超声波在换能器之间多次反射叠加、超声波在空气中传播和在界面反射时发生衰减的共同作用造成,实验条件下的超声波叠加波形已经与简单的驻波模型有较大的差别.

摘要： 本发明公开了一种基于偏振成像的超声速/高超声速流场测量方法，包括以下步骤：对入射照明的线偏激光光源进行优化，使得入射线偏激光的偏振度在设定阈值范围内；调节入射线偏激光的偏振方向和偏振成像系统的接收角度，使得纳米粒子在偏振成像系统的成像角度上的散射信号最强；偏振成像系统对超声速/高超声速流场进行成像，获得纳米粒子散射光信号的与偏振相关的结果，所述与偏振相关的结果包括纳米粒子散射光的偏振度、偏振角和椭率角等；基于偏振信息对超声速/高超声速流场的密度场进行换算，得到超声速/高超声速流场的密度分布。本发明利用纳米粒子散射信号的偏振参数信息实现流场的可视化和精细测量，具有很好的抗干扰能力和较高的精度。

摘要： 本发明提供了一种超声速流场密度场的校准方法，这种方法是基于NPLS技术，采用斜激波和膨胀波综合校准方法对超声速流场密度-NPLS图像灰度曲线进行校准。第一，将示踪粒子均匀散播到超声速来流中，CCD根据计算机的指令拍摄粒子图像；第二，在超声速风洞中的可连续调节攻角α的斜劈，通过改变斜劈攻角α，得到一组（ρi，Ii）(i＝1,2,L,n-1)数据；第三，在超声速风洞中的放置膨胀波发生器，通过放置不同偏转角度的膨胀波发生器，得到另一组(ρi,Ii)(i＝n,n+1,L，N)数据；第四，将上述两组数据进行多项式拟合，得到流场密度-NPLS图像灰度的关系曲线：ρ＝a0+a1I+a2I2+a3I3+K。本发明旨在解决空间分辨率和信噪比较低、对低密度区的测量存在较大误差的技术问题。

摘要： 本发明公开了一种基于偏振成像的超声速/高超声速流场测量方法，包括以下步骤：对入射照明的线偏激光光源进行优化，使得入射线偏激光的偏振度在设定阈值范围内；调节入射线偏激光的偏振方向和偏振成像系统的接收角度，使得纳米粒子在偏振成像系统的成像角度上的散射信号最强；偏振成像系统对超声速/高超声速流场进行成像，获得纳米粒子散射光信号的与偏振相关的结果，所述与偏振相关的结果包括纳米粒子散射光的偏振度、偏振角和椭率角等；基于偏振信息对超声速/高超声速流场的密度场进行换算，得到超声速/高超声速流场的密度分布。本发明利用纳米粒子散射信号的偏振参数信息实现流场的可视化和精细测量，具有很好的抗干扰能力和较高的精度。

摘要： 本发明提供了一种超声速流场密度场的校准方法，这种方法是基于NPLS技术，采用斜激波和膨胀波综合校准方法对超声速流场密度-NPLS图像灰度曲线进行校准。第一，将示踪粒子均匀散播到超声速来流中，CCD根据计算机的指令拍摄粒子图像；第二，在超声速风洞中的可连续调节攻角α的斜劈，通过改变斜劈攻角α，得到一组（ρi，Ii）(i＝1,2,L,n-1)数据；第三，在超声速风洞中的放置膨胀波发生器，通过放置不同偏转角度的膨胀波发生器，得到另一组(ρi,Ii)(i＝n,n+1,L，N)数据；第四，将上述两组数据进行多项式拟合，得到流场密度-NPLS图像灰度的关系曲线：ρ＝a0+a1I+a2I2+a3I3+K。本发明旨在解决空间分辨率和信噪比较低、对低密度区的测量存在较大误差的技术问题。

摘要： 本发明公开了一种一维声速剖面仪及三维空间声速测量方法，所述一维声速剖面仪包括声学换能器、若干个声学反射板、以及用于支撑所述反射板的支架，且反射板的反射面与所述声学换能器的中轴线垂直，各反射板在所述声学换能器表面上的投影不受反射板支架和其他反射板的遮挡。本发明的声速剖面仪采用声学原理直接测量方法进行一维尺度上的空间各点声速测量，适用于各种流体的声速测量，能够实现一个信号周期同时测量一维直线上各点的声速值，扩展了单点式声速剖面仪的空间声速场测量维度。

摘要： 本发明提供一种用于测量波导管内介质声速的测量系统及声速测量方法，该测量系统包括：信号发生装置，所述信号发送装置用于产生第一电信号和第二电信号；波导管，所述波导管内设置有介质；第一换能器，所述第一换能器位于波导管的第一端，所述第一换能器用于接收第一电信号，并将第一电信号转换成声波信号，使得所述声波信号从波导管的第一端传到第二端；第二换能器，所述第二换能器位于波导管的第二端，并将声波信号转换成第一转换电信号；声波接收装置，所述声波接收装置用于接收第一转换电信号和第二电信号；采用该结构的用于测量波导管内介质声速的测量系统，相较于现有的测量系统，降低了干扰参数，提高了声速的测量精度。

摘要： 本发明的非接触式固体材料纵波声速测量装置具备：液体槽，放置有被测物并且填充有不破坏被测物特性的液体；发射换能器，配置在所述液体槽的一侧，发出一系列不同频率的声波；接收换能器，配置在所述液体槽的与配置有所述发射换能器的一侧相对的一侧，接收透过所述被测物的声波；信号采集处理器，对所述接收换能器接收到的声波的波形进行处理，得到一系列不同频率透射声波各自的透射能量，根据透射能量最高时对应的声波频率得到所述被测物的纵波声速。根据本发明，克服了现有技术中接触式声速测量装置不能测量不宜接触材料、疏软材料、较薄材料等材料纵波声速的不足，在本发明中不需要探头与被测物接触，就能够获得准确的被测物纵波声速。

摘要： 本发明公开了一种智能声速测量实验装置和声速测量方法，属于物理实验装置和电子信息技术领域，包括机械测量装置、控制处理电路和机箱；机械测量装置位于所述机箱上面，包括固定板、超声波发射头、超声波接收头、游标、主尺、副尺、移动支架、丝杠、手柄、第一齿轮、第二齿轮、增量型编码器；控制处理电路位于所述机箱内部，控制处理电路一方面驱动超声波发射头发射超声波，另一方面将超声波接收头接收的超声波信号进行处理、计算超声波的传播速度，并和外围设备之间进行信息传输。本发明提出的智能声速测量实验装置成本低、操作简单、精度高，不需要信号发生器和示波器两种造价较高的仪器；实际使用时既可以采用相位比较法也可以采用时差法进行声速测量实验。

摘要： 本发明公开了一种一维声速剖面仪及三维空间声速测量方法，所述一维声速剖面仪包括声学换能器、若干个声学反射板、以及用于支撑所述反射板的支架，且反射板的反射面与所述声学换能器的中轴线垂直，各反射板在所述声学换能器表面上的投影不受反射板支架和其他反射板的遮挡。本发明的声速剖面仪采用声学原理直接测量方法进行一维尺度上的空间各点声速测量，适用于各种流体的声速测量，能够实现一个信号周期同时测量一维直线上各点的声速值，扩展了单点式声速剖面仪的空间声速场测量维度。

摘要： 本实用新型公开一种水中声速测量仪声速自动检测与标校装置，属于声速测量、仪器仪表领域。具体来说该装置由纯水机、标准环境水槽、检测设备水槽、环境控制设备、环境状态监测设备、声速仪数据采集设备和控制计算机组成。该设备主要用于自动、精确地控制声速仪的测试环境，并结合纯水中声速公式计算声速的理论参考值，从而自动检测、标校被测声速仪。该装置可广泛应用于水中声速测量仪生产过程中的声速测量参数标校、出厂检测以及声速仪使用过程中的声速测量精度的检测和校准等多个领域。