CN211373816U - 一种超声波干涉现象演示与声速测量装置 - Google Patents

一种超声波干涉现象演示与声速测量装置 Download PDF

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CN211373816U CN202020200863.4U CN202020200863U CN211373816U CN 211373816 U CN211373816 U CN 211373816U CN 202020200863 U CN202020200863 U CN 202020200863U CN 211373816 U CN211373816 U CN 211373816U
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闫志涛
许德飞
谭覃
敬天慧
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Abstract

本实用新型公开了一种超声波干涉现象演示与声速测量装置,包括:平台、线性平移台、移动发射换能器组件、固定发射换能器组件、接收换能器组件、信号发生器、信号放大器、双踪示波器。三个换能器组件均包括换能器、安装座和立杆,立杆固接于安装座的下部,安装座设有狭缝,换能器正对狭缝放置。信号发生器激励移动发射换能器组件和固定发射换能器组件中的换能器产生超声波,通过狭缝发出,形成两个独立的超声波发射源。所发的两列波传播到接收换能器组件的狭缝处时将产生叠加。本装置结构简单,操作方便,能非常直观地演示超声波干涉现象,精确地测量其波长和声速,同时也可用于演示观察拍频现象。

Description

一种超声波干涉现象演示与声速测量装置
技术领域
本实用新型涉及一种大学物理教学实验仪器,具体指利用超声波干涉方法测量波长及波速的装置,属于物理实验测量技术领域。
背景技术
声波的传播与介质的特性和状态密切相关,通过测量介质中的声速可以探测出介质的物理特性及状态的改变。声速的测量是大学物理实验教学中一个重要内容。目前,测量声速的方法主要有:驻波法(共振干涉法),相位比较法,多普勒效应法和时差法;而其中以驻波法和相位比较法最为典型,这两种方法的核心都是先测量声波的波长,之后计算出声速。
驻波法是在声波发生器和接收器之间产生驻波,通过测量驻波两个相邻波节之间的距离确定半波长。其中的关键点是对驻波形成条件,即波节位置的判断。判断方法是通过示波器观察接收波的强度,当其达到最大时,换能器位置处即为波节。但是在波强的最大值附近,示波器上信号幅度变化不明显,据此确定波节位置时很容易造成人员误差。
相位比较法是改变声波发生器和接收器之间的距离,进而改变接收波和发射波之间的相位差。可以通过在示波器上观察发射波与接收信号垂直振动合成的李萨如图形来确定相位差,然后根据李萨如图形的周期变化来确定波长;由于示波器荧光屏上扫描显示线有一定宽度,导致很难精确地区分直线段和极扁的椭圆,所以在根据李萨如图形判断两个振动的相位是否相同(或向反)时也很容易出现较大的人员误差。
实用新型内容
为了克服上述两种测量波长方法的不足,本实用新型提供一种超声波干涉现象演示与声速测量装置。该装置利用完全相消相干条件来确定波长,可以显著减小波长测量时的人员误差,同时也可以演示拍频现象。
本实用新型采取的技术方案如下:
一种超声波干涉现象演示与声速测量装置,包括:平台、线性平移台、移动发射换能器组件、固定发射换能器组件、接收换能器组件、信号发生器、信号放大器、双踪示波器;其中,
移动发射换能器组件、固定发射换能器组件、接收换能器组件均包括:安装座、立杆和换能器;换能器置于安装座内,立杆固接于安装座的下部,安装座的端部设置有前盖,前盖设有竖直的狭缝,换能器朝向狭缝安装;所述移动发射换能器组件和固定发射换能器组件的换能器用于发射超声波,所述接收换能器组件的换能器用于接收超声波;移动发射换能器组件的立杆安装在线性平移台的滑块上,固定发射换能器组件和接收换能器组件的立杆固接在平台上,所述移动发射换能器组件的狭缝朝向所述接收换能器组件的狭缝,且两狭缝中心同高。
线性平移台可以在市面上购买或者在厂家订做,具体结构包括:框架、丝杆、滑块、测微鼓轮,框架上有刻度标尺;线性平移台的框架固定于平台上,丝杆转动连接于框架,丝杆端部连接测微鼓轮,滑块通过螺纹转动连接于丝杆,转动测微鼓轮,丝杆转动,再进一步转化为其上滑块的线性移动,从而带动与滑块相连的移动发射换能器组件沿着移动发射换能器组件狭缝与固定发射换能器组件狭缝的两中心连线方向移动,移动的距离可以从刻度标尺及鼓轮上读出。
信号发生器的一个输出端CHA同时连接移动发射换能器组件的换能器输入端和双踪示波器的输入端CH2,信号发生器的另一个输出端CHB连接固定发射换能器组件的换能器输入端;信号放大器的输入端连接接收换能器组件的换能器输出端,信号放大器的输出端连接双踪示波器的输入端CH1。
测量原理如图5所示,其中L为移动发射换能器组件狭缝和接收换能器组件狭缝中心之间的距离;D为固定发射换能器组件狭缝和接收换能器组件狭缝中心之间的距离。
超声波由信号发生器激励移动发射换能器组件和固定发射换能器组件的换能器产生,通过狭缝发出。狭缝可以看作是超声波的发射源。移动发射换能器组件安装在线性平移台的滑块上,可以随其平行移动,其超声波发射源称为移动波源;固定发射换能器组件固定在平台上不动,其超声波发射源称为固定波源;两个超声波发射源相互紧邻,它们与接收换能器组件的换能器距离较远。一般的,固定波源和移动波源发出频率相同的正弦超声波,其波长记为λ。当它们传播到接收换能器组件前时,在其狭缝位置处两列波可以相干叠加。假定从固定波源和移动波源发出的超声波的相位分别为
Figure BDA0002390455910000031
则显然它们发出的超声波到达接收换能器组件狭缝时的相位差:
Figure BDA0002390455910000032
则它们相干叠加后振幅为:
Figure BDA0002390455910000033
其中AD,AL分别为固定波源和移动波源发出的波在到达接收换能器组件狭缝处时的振幅。显然,当
Figure BDA0002390455910000034
时,A=AD+AL,出现干涉极大;当
Figure BDA0002390455910000035
时,A=|AD-AL|,出现干涉极小,其中k为整数。当距离L改变一个或数个波长时,干涉出现极大或极小的情况不变。
若两个波源的频率不同,分别记作f1,f2,但频率差值很小,即|f2-f1|<<f1,f2,则可以在双踪示波器上观察到这两列波叠加时产生的拍频现象,其频率为:Δf=|f1-f2|。
本装置可以实现以下三个方面的实验目的:
(一)、演示观察相同频率的波叠加时的干涉现象:(a)平移移动波源,即改变移动发射换能器组件和接收换能器组件的两狭缝中心的距离L,可看到干涉强度的改变。(b)保持移动波源不动,调节信号发生器的CHB输出和CHA输出之间的相位差,即改变
Figure BDA0002390455910000036
也可以观察到干涉强度的改变。
(二)、测量超声波的波长和声速:让移动波源跟随线性平移台在移动发射换能器组件的狭缝中心和接收换能器组件的狭缝中心的连线方向上连续缓慢移动,可以在双踪示波器上看到信号强度忽高忽低的变化。当每次出现干涉极大(或极小)时,即双踪示波器上信号达到最大(或最小)的一刻,记下线性平移台的刻度标尺及测微鼓轮的读数,二者相加记为Li,则此声波的波长为:λ=|Li+1-Li|.再利用v=λf,即可计算出声速v。
在利用相邻两个干涉极大位置确定波长时,会遇到和驻波法类似的问题,即在干涉极大附近,双踪示波器上信号幅度变化不明显,据此确定相长相干时移动波源的位置容易造成人员误差。而利用相邻两个干涉极小位置来确定波长时,就可以避免这个问题。此时,通过调节双踪示波器垂直衰减灵敏度的档位,放大双踪示波器上信号的波形,可以比较容易地确定出干涉极小时移动波源的位置。相消相干的信号越弱,该位置确定起来就越准确,所以测量时要尽可能地使两列波接近完全相消相干,这就要求固定波源和移动波源发出的波在到达接收换能器组件的狭缝处时的振幅AD和AL尽可能相等。这一点可以通过调节信号发生器的一个通道CHB或CHA的输出信号幅值,进而改变超声波波源的相对强度来实现。
(三)、演示观察两列波叠加时的拍频现象:保持移动发射换能器组件不动,微调信号发生器的CHA或CHB输出频率,使其不再相等,但频率差要足够小(以便裸眼观察),这时可以很直观地在双踪示波器上看到信号波形忽高忽低的变化。此变化即为拍频,其频率等于两个通道信号的频率之差。
以上是应用本装置进行实验能够更精确地测量波长及波速的原理分析。为了使装置本身更优化,还可以对技术方案采取以下各项改进:
为了数据测量时调节更方便更准确,应使移动发射换能器组件与接收换能器组件的间距至少五倍于移动发射换能器组件与固定发射换能器组件的间距,此时需要将固定发射换能器组件固接于紧邻移动发射换能器组件一侧的平台上,而将接收换能器组件固接于远离移动发射换能器组件一侧的平台上。
为了尽可能避免测量出现系统误差,移动发射换能器组件、固定发射换能器组件、接收换能器组件三者的狭缝中心处于同一水平面;设该水平面与平台的距离为H,则要求
Figure BDA0002390455910000051
其中Lmax为移动发射换能器组件狭缝和接收换能器组件狭缝中心之间的距离的最大值,θ为移动发射换能器组件中换能器的指向角。这样可以避开被平台反射的声波对两列相干波产生干扰。
进一步的,选用换能器的直径大于15mm,指向角不大于45度,都可以尽量避免系统误差。
为了保障线性平移台的移动方向在移动发射换能器组件狭缝中心与接收换能器组件狭缝中心的连线方向上,同时也方便各个换能器组件的安装对齐及高度调节,所述的平台优先采用光学平板。
为了便于安装和调整,将安装座做成一个能容纳换能器的中空腔,包括:本体、前盖、后盖、紧固螺钉和插座;本体一端设置前盖,前盖设有竖直狭缝,另一端设置后盖,其上设有通孔,通孔内装插座,紧固螺钉装入所述本体上,本体、前盖和后盖围成中空腔,换能器面向狭缝放置,用紧固螺钉将换能器顶紧在中空腔内,换能器通过导线与插座相连,再通过插座和外部接通;这些结构使得接线更加方便,紧固螺钉还可以防止移动和碰撞等原因导致的换能器相对狭缝移动,便于装置更容易调整和增强测量精度。
对立杆的进一步改善,是在立杆上设置高度调节装置,通过调节立杆的高度,从而调节安装座的狭缝位置,使得各狭缝的中心位于同一水平面,高度调节装置可以只设置于移动发射换能器组件的立杆和接收换能器组件的立杆上,也可以在三个立杆上全部设置高度调节装置。
为了使得测量结果更精确,安装座的狭缝的宽度不能太宽,长度不能过小,优选的,狭缝的宽度在0.5-1.5mm之间,狭缝的长度不小于换能器的直径。
进一步的,安装座的前盖材质采用金属材料,特别是铜合金、钢等密度较大的金属。
为了使得测量的结果更精确,需要测量多组数据做统计平均,所以要求线性平移台的平移行程足够大。优选的,线性平移台的最大行程不小于5cm。
进一步的,为了更稳定清晰地观察干涉和拍频现象,精确地测量波长和声速,所述信号发生器采用基于直接数字合成技术的信号发生器。
进一步的,选取较低工作频率的换能器,超声波的波长更长,从而使得测量误差更小,因此选择换能器的工作频率不大于45kHz。
总之,本实用新型结构简单,操作方便,可以准确地确定相消相干时移动波源的位置,人员误差小,可以非常直观地演示超声波的干涉现象,精确地测量其波长和声速,同时也可以演示观察拍频现象。
附图说明
图1是本实用新型一种超声波干涉现象演示与声速测量装置的一种实施例的结构示意图。
图2是本实用新型一种超声波干涉现象演示与声速测量装置的线性平移台的结构示意图。
图3是本实用新型一种超声波干涉现象演示与声速测量装置的安装座和立杆高度调节装置的实施例的剖视图。
图4是本实用新型的图3的安装座前盖的A向视图。
图5是本实用新型一种超声波干涉现象演示与声速测量装置的测量原理示意图。
具体实施方式
为了便于查看说明书附图里面的各个附图标记,现对说明书附图里出现的附图标记统一说明如下:
图1和图5中:1为平台;2为线性平移台;3为移动发射换能器组件;4为固定发射换能器组件;5为接收换能器组件;6为信号发生器;7为信号放大器;8为双踪示波器。
图2中:2-1为框架;2-2为丝杆;2-3为滑块;2-4为测微鼓轮;2-5为刻度标尺。
图3至图4中:9为换能器;9-1为本体;9-2为前盖;9-3为狭缝;9-4为后盖;9-5为紧固螺钉;9-6为插座;10为立杆;10-1为套筒;10-2为套筒固定螺钉;10-3为立杆锁定旋钮。
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细地描述,但本实用新型的实施方式不限于此。
如图1至图4为本实用新型的一种超声波干涉现象演示与声速测量装置的具体实施例,包括:平台1、线性平移台2、移动发射换能器组件3、固定发射换能器组件4、接收换能器组件5、信号发生器6、信号放大器7、双踪示波器8;其中:
线性平移台2具体结构如图2,包括:框架2-1、丝杆2-2、滑块2-3、测微鼓轮2-4,框架上有刻度标尺2-5;线性平移台的框架2-1固定于平台1上;丝杆2-2转动连接于框架2-1,丝杆2-2端部连接测微鼓轮2-4,滑块2-3通过螺纹转动连接于丝杆2-2,转动测微鼓轮2-4,丝杆2-2跟着一起转动,再进一步转化为其上滑块2-3的线性移动。
移动发射换能器组件3、固定发射换能器组件4、接收换能器组件5均包括:安装座、立杆10和换能器9;换能器9置于安装座内,立杆10固接于安装座的下部,安装座的端部设置有前盖9-2,前盖设有竖直的狭缝9-3,换能器9朝向狭缝。
移动发射换能器组件3的立杆10安装在线性平移台2的滑块2-3上,固定发射换能器组件4和接收换能器组件5的立杆10固定在平台1上,移动发射换能器组件3的狭缝朝向接收换能器组件5的狭缝,且两狭缝中心同高。
当转动测微鼓轮2-4时,通过丝杆2-2转化为其上滑块2-3的线性平移,从而带动滑块2-3上的移动发射换能器组件3沿着移动发射换能器组件3的狭缝中心与固定发射换能器组件5的狭缝中心的连线移动,移动的距离可以从刻度标尺2-5及测微鼓轮2-4上读出。
移动发射换能器组件3和固定发射换能器组件4的换能器9用于发射超声波,接收换能器组件5的换能器9用于接收超声波。
信号发生器6的一个输出端CHA同时连接所述移动发射换能器组件3的换能器的输入端和所述双踪示波器8的输入端CH2,信号发生器6的另一个输出端CHB连接固定发射换能器组件4的换能器的输入端;信号放大器7的输入端连接接收换能器组件5的换能器的输出端,信号放大器7的输出端连接双踪示波器8的输入端CH1。
进一步优化,将固定发射换能器组件4固接于紧邻移动发射换能器组件3一侧,同时接收换能器组件5固接于远离移动发射换能器组件3一侧,从而使得接收换能器组件5和移动发射换能器组件3的间距大于固定发射换能器组件4和移动发射换能器组件3的间距,这一倍率可以取5-10倍。
除此之外,移动发射换能器组件3、固定发射换能器组件4、接收换能器组件5三者的狭缝中心处于同一水平面,设该水平面与平台1的距离为H,则要求
Figure BDA0002390455910000081
其中Lmax为移动发射换能器组件3的狭缝和接收换能器组件5的狭缝中心之间的距离的最大值,θ为移动发射换能器组件3中换能器的指向角,这样可以避开被平台1反射的声波对两列相干波产生干扰。
进一步的,选用换能器9的直径大于15mm,指向角不大于45度,都可以尽量避免系统误差。比如选择换能器的规格为:直径16mm,指向角度45度。
图3显示了安装座的一个具体的实施例,图4为安装座的前盖9-2的A向视图,显示了狭缝的形状:安装座具有封闭的中空腔,如可以采用图示的中空的长方体,具体包括:本体9-1、前盖9-2、后盖9-4、紧固螺钉9-5、插座9-6;在本体9-1的两端分别设有前盖9-2和后盖9-4;前盖9-2上设有狭缝9-3,后盖9-4上开通孔,通孔内装有插座9-6;本体9-1、前盖9-2和后盖9-4围成中空腔,换能器9置于中空腔内,面向狭缝9-3放置,然后用紧固螺钉9-5顶住换能器9,换能器9通过导线与所述插座9-6相连,再通过插座和外部设备比如信号发生器6或信号放大器7相连。
图3中也显示了对于立杆10进行改进的一个实施例,在立杆10下部设置高度调节装置,该高度调节装置包括套筒10-1、套筒固定螺钉10-2、立杆锁定旋钮10-3;套筒10-1的底部通过套筒固定螺钉10-2固定在平台1或线性平移台2的滑块2-3上,套筒10-1套在立杆10外部,二者可以相对滑动从而改变立杆10伸出套筒10-1的长度,调节完长度后可通过立杆锁定旋钮10-3锁定立杆10。通过改变立杆10伸出套筒10-1的长度,最终调节了狭缝9-3的高度;其中移动发射换能器组件3和接收换能器组件5的立杆,应设置高度调节装置,从而保证移动发射换能器组件3和接收换能器组件5的狭缝中心同高。为了获得更好的效果,也可以同时在三个立杆上设置高度调节装置,使得三个狭缝的中心都可以比较方便得调至同高。
对于狭缝9-3的尺寸,要求宽度不能太宽,长度不能过小,优选狭缝9-3的宽度在0.5-1.5mm之间,比如选择宽度1mm;狭缝9-3的长度不小于换能器9的直径。
对于安装座的前盖9-2,其材质采用金属材料效果更好,优选铜合金、钢等密度较大的金属。
对于线性平移台2,要求其最大行程不能过小,优选线性平移台的最大行程不小于5cm。
对于换能器9,应选取较低工作频率的,优选换能器的工作频率不大于45kHz。
采用本装置进行演示与测量的工作过程如下:
首先需要确定接收换能器组件5中的换能器的谐振频率。具体方法是:只打开信号发生器的CHA输出,选择输出波形为正弦,调节至合适的幅值,如峰-峰值8~12伏;选择双踪示波器的CH1的输入信号为双踪示波器的触发源,在换能器工作频率附近微调信号发生器的CHA输出信号频率,使得双踪示波器上显示的信号幅值达到最大。此刻,该频率即为接收换能器组件5中的换能器的谐振频率。
(1)观察干涉现象。再打开信号发生器的CHB输出,选择输出波形为正弦,调节其频率,使之与信号发生器的CHA输出频率相同。关闭信号发生器的CHA输出,调节CHB输出电压幅值,使得双踪示波器显示信号幅值与单独打开信号发生器的CHA时相等。之后再打开信号发生器的CHA输出,并选择双踪示波器的CH2的输入信号为双踪示波器的触发源。(a)观察初相改变对干涉的影响。保持移动发射换能器组件3不动,调节信号发生器的CHB输出与CHA输出信号之间的相位差,会发现干涉叠加信号强度的改变。可以发现,当其相位差为180°时,如果原来是干涉极大,则此时会变为干涉极小;当相位差为360°时,干涉情况又会复原。(b)观察空间传播距离产生的相位延迟对干涉的影响。保持信号发生器CHB与CHA输出之间的相位差不变,旋转线性平移台2的测微鼓轮,使得移动发射换能器组件3一直靠近或远离接收换能器组件5,会发现干涉叠加信号强度的周期性改变。
(2)测量声速。选择双踪示波器8的CH2的输入信号为双踪示波器的触发源。转动线性平移台2的测微鼓轮,使移动发射换能器组件3始终朝一个方向缓慢移动。在移动过程中,为了准确地确定干涉极小出现时移动发射换能器组件3的相对位置,应该尽可能使得移动发射换能器组件3和固定发射换能器组件4所发出的超声波在传播到接收换能器组件5的狭缝处时强度相等。这一点可以通过逐步对比微调信号发生器的CHA或CHB信号的幅度来实现。用此方法,可以比较精确地确定每次干涉极小出现时移动发射换能器组件3的相对位置Li。每次找到干涉极小后,都记下线性平移台2的刻度标尺与测微鼓的读数。之后,便可计算出波长和声速。
下面采用一个测量实例来具体说明本装置的实际实施测量效果。
这里我们采用工作频率为40kHz的换能器,首先确定接收换能器组件5中的换能器的谐振频率,结果为:f=40.016kHz。之后进行测量。下表为一组14次的测量结果。在此可以用逐差法分析数据,将数据分成两组,则超声波的波长:λi=|Li+7-Li|/7,(i=1,2,…,7).
L<sub>i</sub>(mm) 16.24 25.10 34.08 42.78 51.39 60.02 68.80
L<sub>i+7</sub>(mm) 77.44 85.75 94.77 103.42 111.91 120.90 129.47
|L<sub>i+7</sub>-L<sub>i</sub>|(mm) 61.20 60.65 60.69 60.64 60.52 60.88 60.67
λ<sub>i</sub>(mm) 8.743 8.664 8.670 8.663 8.646 8.697 8.667
测量所用的测微鼓轮2-4的最小分度为0.1mm,其误差限为0.05mm.可得到波长测量结果及其标准不确定度分别为:
Figure BDA0002390455910000111
Figure BDA0002390455910000112
信号发生器输出频率的相对不确定度:u(f)/f=0.10%。综合可得:
Figure BDA0002390455910000113
即测量结果:v=(347.3±1.3)m/s,(置信水平P=68%)。在实验测量条件下,考虑到空气的温度t和相对湿度H,查表计算可得该状态下空气中声速的理论值为:vT=348.2m/s,(t=26.0℃,H=70%)。测量的相对误差为:
Figure BDA0002390455910000114
(3)观察拍频现象。移动发射换能器组件3保持不动,微调信号发生器的CHB的输出频率,使之与CHA的频率不再相等。选择双踪示波器的CH2的输入信号为双踪示波器的触发源,这时可以很直观的在双踪示波器上看到信号波形忽高忽低的变化。用眼睛直接在双踪示波器上观察拍频现象时,信号发生器的CHA和CHB的频率差值不宜过大,1Hz左右为宜。如果频率差比较大,可以在信号放大器之后加入一个半波整流电路,再将整流后的信号输入到一个低通滤波器。在双踪示波器上直接观察低通滤波器的输出信号,此即拍频信号,这时需要选择CH1的输入信号为双踪示波器的触发源。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式,但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制,只要是在上述实施例基础上实现的非实质性改进的技术方案,均应视为包含在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种超声波干涉现象演示与声速测量装置,其特征在于,包括:平台、线性平移台、移动发射换能器组件、固定发射换能器组件、接收换能器组件、信号发生器、信号放大器、双踪示波器;
所述移动发射换能器组件、固定发射换能器组件、接收换能器组件均包括:安装座、立杆和换能器;换能器置于安装座内,立杆固接于安装座的下部,安装座的端部设置有前盖,前盖设有竖直的狭缝,换能器朝向狭缝;所述移动发射换能器组件和固定发射换能器组件的换能器用于发射超声波,所述接收换能器组件的换能器用于接收超声波;移动发射换能器组件的立杆安装在所述线性平移台的滑块上,固定发射换能器组件和接收换能器组件的立杆固定在平台上,所述移动发射换能器组件的狭缝朝向所述接收换能器组件的狭缝,且两狭缝中心同高;
所述线性平移台安装在平台上,转动所述线性平移台的测微鼓轮,所述移动发射换能器组件沿移动发射换能器组件狭缝与固定发射换能器组件狭缝的两中心连线方向移动;
所述信号发生器的一个输出端CHA同时连接所述移动发射换能器组件的换能器的输入端和所述双踪示波器的输入端CH2,所述信号发生器的另一个输出端CHB连接所述固定发射换能器组件的换能器的输入端;所述信号放大器的输入端连接所述接收换能器组件的换能器的输出端,所述信号放大器的输出端连接所述双踪示波器的输入端CH1。
2.根据权利要求1所述的一种超声波干涉现象演示与声速测量装置,其特征在于:移动发射换能器组件与接收换能器组件之间的距离为移动发射换能器组件与固定发射换能器组件之间的距离的五倍以上。
3.根据权利要求1或2中任意一项权利要求所述的一种超声波干涉现象演示与声速测量装置,其特征在于:所述移动发射换能器组件、固定发射换能器组件、接收换能器组件三者的狭缝中心处于同一水平面;设该水平面与所述平台的距离为H,移动发射换能器组件狭缝和接收换能器组件狭缝中心之间的距离最大值为Lmax,移动发射换能器组件中换能器的指向角为θ,且
Figure FDA0002390455900000021
4.根据权利要求3所述的一种超声波干涉现象演示与声速测量装置,其特征在于:所述平台为光学平板。
5.根据权利要求1或2或4中任意一项权利要求所述的一种超声波干涉现象演示与声速测量装置,其特征在于:所述安装座具有封闭的中空腔,安装座包括本体、前盖、后盖、紧固螺钉、插座;本体、前盖和后盖围成中空腔,换能器置于中空腔内,所述紧固螺钉装入所述本体上并顶着换能器,所述前盖设有狭缝,所述后盖设有通孔,所述通孔上安装有插座,所述换能器通过导线与所述插座相连。
6.根据权利要求5所述的一种超声波干涉现象演示与声速测量装置,其特征在于:所述立杆设有高度调节装置。
7.根据权利要求1、2、4、6中任意一项权利要求所述的一种超声波干涉现象演示与声速测量装置,其特征在于:所述狭缝的宽度在0.5-1.5mm之间,狭缝的长度不小于换能器的直径。
8.根据权利要求7所述的一种超声波干涉现象演示与声速测量装置,其特征在于:所述安装座的前盖材质为金属材料。
9.根据权利要求1、2、4、6、8中任意一项权利要求所述的一种超声波干涉现象演示与声速测量装置,其特征在于:所述信号发生器采用基于直接数字合成技术的信号发生器。
10.根据权利要求9所述的一种超声波干涉现象演示与声速测量装置,其特征在于:所述换能器的工作频率不大于45kHz。
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