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 教育科技  
超声光栅实验仪的改进
来源:《中国现代教育装备》杂志 时间:2022-2-26 13:48:27
  [导读]超声光栅是测量液体中声波传播速度的一种有效方法,是大学物理实验的重要内容之一。原有超声腔由于其结构设计存在缺陷导致现象微弱、难找且不稳定,同时压电陶瓷片极易出现电极腐蚀现象。为此改进了超声腔,摒弃其悬架结构,利用腔体自身平行度保证了衍射效果及稳定性,采用外压盖结构安装压电陶瓷片避免了电极腐蚀。经大量实验验证,新型结构超声腔具有可靠性高、易用性强的特点。

  声速是表征机械波在介质中传播特性的重要参数,不同介质不同条件下机械波传播的速度是不一样的。精确测量声速可以研究介质中能量的吸收和转移过程[1-4],还可以得到介质的温度[5-6]、浓度[7-9]、弹性模量[10-11]、比热容比[12]等参量。

  声速测量方法主要有共振干涉法、位相比较法、时差法、超声光栅法[2,13]。超声光栅法具有所需液体少(最少1cm3)、测量精度高(相对不确定度可达0.1%)等优点[14]。超声光栅是1922年布里渊研究声光效应时提出的。他认为,当高频声波在液体中传播时,如果有可见光通过该液体,声波对可见光会产生衍射效应,即光的强度、频率、方向随超声场的变化而变化。根据此原理制备的超声光栅实验仪已经在军事、民用上得到广泛的应用[2]。

  超声光栅测量液体中的声速实验在很多理工科院校均有开设,但原有超声腔悬架结构中的压电陶瓷容易因腐蚀而失去电极,而且悬架结构平行度、稳定性较差,从而造成衍射现象难以寻找。为此,本文通过改进超声腔[15]有效解决了上述问题。

  1 超声光栅的原理

  2 超声光栅衍射现象改进前后对比

  3 超声光栅实验改进后的新现象

  4 结语

  本文针对原有超声光栅实验仪压电陶瓷片易腐蚀、衍射现象难找且不稳定的问题,分析和找到了其症结所在,通过改进结构设计,不仅观察到更高层级的衍射现象,还发现了一些新的衍射现象。之后经过5年多、上万名学生的实际使用,进一步验证了其可靠性。

  参考文献

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孔祥明1 刘斌2 段雪松1 安莉1 邢红玉1 1.河北工业大学理学院 2.河北工业大学人工智能学院


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