1、 概述概述一一 实验目的实验目的二二 实验原理实验原理 在在x x方向传播的声波的数学表达式为：方向传播的声波的数学表达式为：00cospptxc 声源、介质不动，接收器运动速度为声源、介质不动，接收器运动速度为V Vr r ，同理可得，同理可得接收器接收到的频率接收器接收到的频率:fcVfMfrrr)1()1(0其中其中 M Mr r为接收器运动的马赫数，接收点向着声源运动时为接收器运动的马赫数，接收点向着声源运动时V Vr r（或（或M Mr r ）为正，反之为负。）为正，反之为负。1 1 声速的多普勒效应声速的多普勒效应二实验原理二实验原理2 2 相位法测量原理相位法测量原理 相对于发射
2、波束：相对于发射波束：1 1=AcosAcos（t+2x/)t+2x/)来说，在经过来说，在经过x x距离距离后，接收到的余弦波与原来位置处的相位差（相移）为后，接收到的余弦波与原来位置处的相位差（相移）为=2=2x/x/。由此可见，在经过。由此可见，在经过x x距离后，接收到的余弦波与距离后，接收到的余弦波与原来位置处的相位差（相移）为原来位置处的相位差（相移）为=2=2x/x/。因此能通过示波。因此能通过示波器，用李萨如图法观察测出声波的波长。器，用李萨如图法观察测出声波的波长。设入射波为设入射波为1 1，反射波维，反射波维2 2，两波叠加，形成波束，两波叠加，形成波束3 3=2A=2A1
3、 1cos(2x/)cos(2x/)costcost+（A A2 2-A-A1 1）coscos（t-2x/)t-2x/)三三 实验仪器实验仪器（1 1）主测试仪面板图）主测试仪面板图（2 2）智能运动控制面板图）智能运动控制面板图三实验仪器三实验仪器（3 3）线路连接示意图）线路连接示意图三三 实验仪器实验仪器注意：注意：1 1、使用时，应避免信号源的功率输出端短路。、使用时，应避免信号源的功率输出端短路。2 2、注意仪器部件的正确安装、线路正确连接。、注意仪器部件的正确安装、线路正确连接。3 3、仪器的运动部分是由步进电机驱动的精密系统，严禁运行过、仪器的运动部分是由步进电机驱动的精密系统
4、，严禁运行过程中人为阻碍小车的运动。程中人为阻碍小车的运动。4 4、注意避免传动系统的同步带受外力拉伸或人为损坏。、注意避免传动系统的同步带受外力拉伸或人为损坏。5 5、小车不允许在导轨两侧的限位位置外侧运行，意外触发行程、小车不允许在导轨两侧的限位位置外侧运行，意外触发行程开关后要先切断测试架上的电机开关，接着把小车移动到导轨开关后要先切断测试架上的电机开关，接着把小车移动到导轨中央位置后再接通电机开关并且按一下复位键即可。中央位置后再接通电机开关并且按一下复位键即可。四四 实验内容和步骤实验内容和步骤多普勒法多普勒法已知已知c c0 0=347m/s=347m/s换能器谐振频换能器谐振频f
5、=37730Hzf=37730Hz，声源、介质不，声源、介质不动，接收器运动速度为动，接收器运动速度为v vr r 。实验步骤：实验步骤：1 1、按图（、按图（3 3）接线。）接线。2 2、把载接受换能器的小车移动到导轨最右端并把试验仪超声波、把载接受换能器的小车移动到导轨最右端并把试验仪超声波发射强度和接受增益调到最大。发射强度和接受增益调到最大。四四 实验内容和步骤实验内容和步骤3 3、进入、进入“多普勒效应实验多普勒效应实验”子菜单，切换到子菜单，切换到“设置源频设置源频率率”后，按后，按“”“”“”键增减信号频率，一次键增减信号频率，一次变化变化10Hz10Hz；用示波器观察接收换能器
6、波形的幅度是否达；用示波器观察接收换能器波形的幅度是否达到最大值，该值对应的超声波频率即为换能器的谐振频到最大值，该值对应的超声波频率即为换能器的谐振频率。率。4 4、谐振频率调好后，、谐振频率调好后，“动态测量动态测量”，我们可以看到画面，我们可以看到画面中换能器的接受频率（测量频率）和发射源频率是相等中换能器的接受频率（测量频率）和发射源频率是相等的，而且改变接受换能器的位置，该测量频率和发射频的，而且改变接受换能器的位置，该测量频率和发射频率始终是相等的，证明调谐成功。率始终是相等的，证明调谐成功。四四 实验内容和步骤实验内容和步骤5 5、切换到、切换到“动态测量动态测量”，设定小车速度
7、，使小车在限位区间内正，设定小车速度，使小车在限位区间内正或反运行，记下测量频率和源频率之差或反运行，记下测量频率和源频率之差ff正和正和ff反，以及智能反，以及智能运动控制系统给出的小车速度运动控制系统给出的小车速度VrVr。6 6、测量与记录、测量与记录：VrVr(m/s)(m/s)ff正正(Hz)(Hz)ff反反(Hz)(Hz)ff=(=(ff正正+ff反反)/2)/2V=V=f fVrVr/ff(m/s)(m/s)四四 实验内容和步骤实验内容和步骤注意：由于系统的测频精度为注意：由于系统的测频精度为1Hz1Hz，所以低速测量时，多普勒效应的相，所以低速测量时，多普勒效应的相对误差较大对
8、误差较大123455VVVVVV00Vcc数据处理：数据处理：四四 实验内容和步骤实验内容和步骤相位法测量相位法测量c c0 0=347m/s=347m/s，换能器谐振频率，换能器谐振频率f=37730Hzf=37730Hz。实验步骤：实验步骤：1 1、按照例、按照例1 1的实验步骤的实验步骤1414进行操作，使调谐成功。进行操作，使调谐成功。2 2、切换到、切换到“多普勒效应实验多普勒效应实验”画面进行实验，关画面进行实验，关闭导轨电源。闭导轨电源。四四 实验内容和步骤实验内容和步骤3 3、选择合适的发射强度，将示波器打到、选择合适的发射强度，将示波器打到“X-YX-Y”方式，选择合适的方式
9、，选择合适的示波器示波器通道增益，示波器显示李萨如图形。手动转动步进电机上的通道增益，示波器显示李萨如图形。手动转动步进电机上的滚花帽使载接收换能器的小车缓慢移动，使李萨如图显示的椭圆变滚花帽使载接收换能器的小车缓慢移动，使李萨如图显示的椭圆变为一定角度的一条斜线，记录下此时的距离为一定角度的一条斜线，记录下此时的距离L Li i-1-1，距离由刻度尺和，距离由刻度尺和游标上读出。再向前或者向后（必须是一个方向）移动距离，使观游标上读出。再向前或者向后（必须是一个方向）移动距离，使观察到的波形又回到前面所说的特定角度的斜线，这时接收波的相位察到的波形又回到前面所说的特定角度的斜线，这时接收波的相位变化变化22，记录下此时的距离，记录下此时的距离L Li i。即可求得声波波长：。即可求得声波波长：i i=L=Li i-L Li-1i-1。四实验内容和步骤四实验内容和步骤L1L1-1L2L2-1L3L3-1L4L4-1L5L5-1L6L6-14 4、数据记录与处理、数据记录与处理5263413333LLLLLLVf00Vcc五五 报告要求报告要求 1 1，数据记录，数据记录2 2，数据处理与误差分析，数据处理与误差分析3,3,实验结论与总结实验结论与总结4 4，回答教材上的问题，回答教材上的问题
