声速虚拟实验

移动接收器,用振幅极大或相位复现定位,测量波长和声速。

图 1 超声接收端位置;位移用于计算传播相位,装置布局为示意

图 2 两周期双踪:发射信号实线,接收信号灰色虚线
图 3 X–Y相位显示;同相为正斜直线,反相为负斜直线

位置记录与波长

表 1 虚拟位置记录(0 组)

方法来源标序位置 / mm幅度相位 / °操作

驻波相邻振幅极大相隔λ/2,相位复现相隔λ。标序可跳过,但须填实际跨越的特征数;连续标序与位置线性回归减少逐点差分影响。电子相位和恒标尺零点不会改变周期位置间隔,比例误差会共同影响两法。

原报告观测

表 2 原报告已换算波长

次数驻波波长 / mm相位法波长 / mm

原资料只保存20个换算波长,没有位置和波节计数,不能重新验证其逐差定位过程。所有读数保留,包括驻波法9.34mm;两法共享频率,简单平均不消除共同系统偏差。

模型依据

$$k=2\pi f/c,\quad H_{cav}=\frac{(1-r)e^{-ikL}}{1-re^{-2ikL}},\quad H_{phase}=e^{-ikL+i\phi_0}.$$
$$L_j=j\lambda/2\ \text{(振幅极大)},\quad L_j=(j+\phi_0/2\pi)\lambda\ \text{(同相)},\quad c=f\lambda,\quad\gamma=\frac{Mc^2}{RT}.$$

H为稳态复振幅,驻波公式来自理想往返几何级数,r是有效往返幅度因子;它仅建立可验证的极值定位场景,不作为原换能器传递函数标定。相位法单独使用低反馈单程传播。声速模型及复振幅验证见模型证据。

参考文献

李轩等,《声波多次往返叠加对相位比较法测量声速的影响》,物理实验2018,38(4):47–51,p47–48给测量间距及多程路径依据。本页q为独立教学的有效往返保留率;相位模式取理想单程。DOI 10.19655/j.cnki.1005-4642.2018.04.011。