1. Propósito experimental
1. Capacidad de ajustar instrumentos para mantener el sistema en óptimas condiciones de funcionamiento.
2.Comprender los métodos de generación, emisión y recepción de ondas ultrasónicas.
3. Utilice el método de onda estacionaria (*** método de interferencia de oscilación) y el método de comparación de fase para medir la longitud de onda y la velocidad del sonido.
2. Instrumentos experimentales y métodos de uso
(1) Instrumentos experimentales
1 Instrumento ultrasónico de medición de la velocidad del sonido (el componente principal son dos instrumentos transductores cerámicos piezoeléctricos) y un pie de rey)
2 Generador de señal de funciones
3 Osciloscopio.
(2) Cómo utilizar el instrumento
1. Conecte el circuito de medición. Al conectarse, seleccione la interfaz con el mouse, luego manténgala presionada, arrástrela a otra interfaz que deba conectarse y luego suelte el mouse. Si ya existe una conexión, esta operación eliminará la conexión. Haga clic con el botón derecho del mouse para abrir el menú principal, seleccione Verificación de cableado para verificar si las conexiones son correctas.
2. Ajustar el instrumento. Haga doble clic en cada instrumento para abrir su ventana de ampliación y ajustar el instrumento.
(1) Uso y ajuste del osciloscopio. Primero ajuste el enfoque. Luego haga clic con el mouse en la interfaz de señal de entrada del osciloscopio e ingrese la señal en el osciloscopio. Luego ajuste la sintonización fina de amplitud de los canales 1 y 2, y la base de tiempo de la señal de escaneo. Finalmente, seleccione el interruptor de selección de modo vertical apropiado, el interruptor de selección de fuente de disparo, el interruptor de selección de fuente de disparo interno, el interruptor Auto-Norm-X-Y y muestre la forma de onda de la señal que se observará en el osciloscopio. La señal del canal de entrada está determinada por la conexión de la línea experimental.
(2) Ajuste del generador de señal. Seleccione una señal sinusoidal con una frecuencia de aproximadamente 35 KHz y una amplitud de 5 V. Encuentre gradualmente la frecuencia de oscilación máxima del transductor ajustando la perilla de ajuste fino del generador de señal y observando si la amplitud de la señal en el osciloscopio es la máxima.
(3) Uso de instrumento de medición de velocidad ultrasónico. 1 Utilice un pie de rey para medir la distancia entre los transductores izquierdo y derecho. 2Cuando mueva el mouse hacia el transductor de la derecha, aparecerá un signo "?à", que indica que se puede mover en este momento. Presione el botón izquierdo del mouse para moverse hacia la izquierda y presione el botón derecho del mouse para moverse hacia la derecha. La amplitud del movimiento se puede controlar mediante el "ajuste aproximado" y el "ajuste fino" de "Estado de ajuste".
3. Principio experimental
Según la teoría ondulatoria, la velocidad de la onda tiene la siguiente relación con la longitud de onda y la frecuencia: v = f λ Siempre que se conozcan la frecuencia y la longitud de onda. Se puede encontrar la velocidad de la onda. Este experimento utiliza un generador de señales de baja frecuencia para controlar el transductor, y la frecuencia de salida del generador de señales es la frecuencia de la onda sonora. La longitud de onda de las ondas sonoras se mide mediante el método de las ondas estacionarias (método de interferencia de vibraciones) y el método de las ondas viajeras (método de comparación de fases).
1. Mida la longitud de onda mediante el método de onda estacionaria.
Después de que la onda plana emitida por la fuente de sonido se refleja en el plano frontal, la onda incidente y la onda emitida se superponen. las ecuaciones de onda son:
La onda resultante después de la superposición es:
Cuando x= (n =0, 1, 2, 3...) es el antinodo, cuando x= (n =0, 1, 2, 3...) es el nodo de onda. La distancia entre antinodos (nodos) adyacentes es, por lo que siempre que se midan las posiciones Xn y Xn-1 de dos antinodos (o nodos) adyacentes, se puede obtener la longitud de onda.
2. Método de comparación de fases para medir la longitud de onda
La onda ultrasónica emitida desde el transductor S1 llega al receptor S2, por lo que existe una diferencia de fase entre las ondas en S1 y S2 al mismo tiempo. : (donde l es la longitud de onda, x es la distancia entre S1 y S2). Porque cuando x cambia una longitud de onda, la diferencia de fase cambia en 2p. La longitud de onda de las ondas ultrasónicas se puede medir mediante la figura de Lissajous.
5. Método experimental
Método de onda estacionaria
Método de fases
6. Conclusión experimental y análisis de errores
1. La velocidad del sonido v=358,37 m/s se mide utilizando el método de onda estacionaria y el error es
La velocidad del sonido v=363,52 m/s se mide utilizando el método de fase y el error es
2. Análisis de errores
1. Para el método de onda estacionaria, al ajustar la amplitud de la onda, dado que el cambio no es obvio cerca de la amplitud máxima y mínima, la lectura puede no estar en la amplitud máxima y mínima, lo que resulta en que la longitud de onda obtenida sea incorrecta.
2. Para el método de fase, al ajustar el pie de rey, cuando el patrón se convierte en una línea a simple vista, es posible que el patrón real no se superponga completamente, lo que resulta en una longitud de onda inexacta.
3. Sugerencias
1. Tome varias medidas y encuentre el promedio.
2. Mejorar el rendimiento del software y aumentar la resolución