声速的测量的实验原理和应用_示波器的原理和使用声速测量实验报告.docx

示波器的原理和使用声速测量实验报告.docx

示波器的原理和使用、声速测量一实验目的1了解示波器的基本结构及其工作原理，学习并掌握示波器的基本使用方法2学习电信号有关参数的基本概念及其测量3了解声波在空气中传播速度和气体状态参量的关系4了解超声波产生和接收的原理，学习用相位法测量空气中的声速二实验原理1示波器的工作原理(阴极射线示波管)由电子枪发出电子，电子经由竖直偏转板组成的偏转系统后，运动方向发生偏转，最终打在涂有荧光粉的荧光屏上，形成光斑。在竖直偏转板上加上一定的电压信号后，再在水平偏转板上加一扫描电压，使光斑沿水平方向拉开，即可在荧光屏上显示竖直偏转板所加的电压波形，此时X和Y方向上电压的周期应相等。2利萨如图形如果在示波器的X和Y输入端同时输入频率相同或成简单整数比的两个正弦波信号，则屏幕上的光斑将呈现特殊形状的轨迹，这种轨迹图称为利萨如图形。频率比不同时将形成不同的利萨如图形。若已知其中一个信号的频率，数出图上的切点数NX和NY，便可算出另一待测信号的频率。3空气中的声速在温度为T℃、相对湿度为R的空气中，声速为M/SPRTTVS3101534相位法测量声速声波的传播速度与声波频率的关系为VFΛ只要测出声波的频率F及波长Λ，便可求出声速V。其中声波频率F可通过测量声源的振动频率直接得到，波长Λ可以利用相位法来测量。波是震动状态的传播，也可以说是相位的传播。沿传播方向上的任何两点，如果其振动状态相同(同向)或者说其相位差为2Π的整数倍，这是两点间的距离应等于波长Λ的整数倍，即LNΛN为正整数利用此关系式可精确地测量波长。三实验仪器1TBS1102BEDU数字示波器、AFG1062型函数信号发生器和自制多波形信号发生器2声波发生器、超声波接收器和数显游标卡尺四实验步骤1波形观测分别用自制多波形信号发生器输出正弦波、三角波、方波和尖峰波，用示波器显示输出信号，读出峰峰值、周期和频率，并计算出有效值。2观察利萨如图形将函数信号发生器的A、B两路正弦信号输入到示波器两个输入端调出FXFY11，并分别调两稳定波形后合成利萨如图。调整其中一个波的相位，使两波的相位差分别为0，Π/4，Π/2，3Π/4，Π，观察并记录示波器上的图形。调整频率，使FXFY21，并重复上述过程。3声速测量①记录室温T1和相对湿度R1。②将函数信号发生器的输出端A路与声波发射器的输入端及示波器的CH1相连，将超声波接收器的输出端与示波器的CH2相连。函数信号发生器置于正弦波输出，输出幅度10V左右。接线时注意红色为信号线，黑色为地线。③用示波器观察加在声波发生器上的电信号，先将信号发生器的频率调节到40KHZ，然后细调频率，使接收器输出信号最大，并记录下此频率，即为超声波频率。④用相位法测波长。将示波器设置为XY工作方式，利用利萨如图找出同相位点来求波长。每遇一个同相点，测一次接收器的位置X，连续测20个数据X1,X2,,X20,则可得出波长进而得到声速的实验值。⑤再次记录室温T2和相对湿度R2，然后查出平均室温对应的饱和蒸汽压，计算声速的理论值。4研究方波与三角波、尖脉冲之间的关系①从电容器的充放电波形到三角波按照右图连接电路，当电源E通过电阻R对电容C充电时，电容C上的电压变化，当T0时，UC0；当T∞时，UCE。用函数信号发生器输出方波U峰峰值约5V，F1KHZ，加在由RC组成的电路上。R10KΩ，C≈001ΜF。用示波器同时观察U及UC的波形。然后缓慢提高方波U的频率，观看UC的波形变化及幅度变化情况，记录变化规律及前后的频率、电阻及电容等参数。固定U的频率，将R数值由小变大，作同样的观测。②尖脉冲产生原理研究将方波加在右图的电路上。若U是方波，则UR为脉冲波，用示波器同时观察U与UR的波形。实验中取C≈001ΜF，R200Ω，方波信号频率F1KHZ。实验中改变F或R,观察波形变化。5相位变化的观测观测右图中R改变时，U0与UI之间的相位变化。UC与UR两者在相位上相差90°。R实际上并不能到∞，它又有少许电感，因此相位差变化范围始终比0Π略小。实验中，UI正弦信号频率取F5KHZ，取C≈001ΜF，R用电阻箱。先在KΩ量级改变R，定性观测U0与UI之间的相位差Φ的变化，然后记录R0，∞Ω时的Φ值及Φ90°时的R值，将测量结果与理论计算值比较。C的实际值标在仪器上。五数据处理1波形观测峰峰值UPPV周期TUS频率FKHZ有效值UEFFV正弦波272786012720962三角波40078401276115方波12078101280600尖峰波1227770128723声速测量共振频率40390KHZ室温T1280℃T2280℃湿度R1450％R2459％接收器位置X1X2X3X4X5X6X7X8X9X10读数MM247117020672950382346955557642172988168X11X12X13X14X15X16X17X18X19X20898298621073511618124811329214047149511579916682用逐差法计算X11X18735MMX16X68597MMX12X28692MMX17X78490MMX13X38668MMX18X88550MMX14X48668MMX19X98501MMX15X58658MMX20X108514MM∴Λ8735869286688668865885978490855085018514/1008607MMS10Λ08855MMΔ10Λ06343MM????√????????10Λ2√2∆仪222610088552√20032得ΔΛ006343MMΛ861±006MM故VFΛ3476367M/SΔVV347636725634M/S∆ΛΛ2∆????????20063438607210403902V3476±26M/S用最小二乘法Y86106X49892R²0999902040608010012014016018005101520合合合合则A49892MMΛB86106MMR09999∴SΛΛ002870MM????‒2‒1????‒2ΔΛTPSΛ005999MM∴Λ861±006MM故VFΛ3476367M/SΔVV347636725634M/S∆ΛΛ2∆????????20063438607210403902V3476±26M/S声速理论值280℃4545％T????1????22????R1????22∴PS00378105PAPRTTVS31013∴V033151????????01031????????????????33151282731510314545％0037810510131053489900M/S六思考题1示波器的原理和使用1可能原因水平或者垂直位置旋钮调整过度使得光点超出屏幕范围调整水平和垂直方向的旋钮到中间位置附近；光点亮度太暗调节亮度旋钮示波器损坏更换示波器2调节触发电平旋钮可使波形稳定下来3FY＞FX会看到一条竖线水平移FY＜FX会看到示波器上Y信号图形被左右拉伸得很长动4一条条的竖线，即出现饱和失真图形，出现削顶的情况，波形顶部不见。5频率差越大，图形变化越快2声速测量1优点充分利用了测量数据,具有对数据取平均的效果。其他方法最小二乘法2∵对每一个X，ΔBΔ仪，而10ΛIX10IXI∴对