[发明专利]基于陈寿元效应的水波频率衰减、红移实验装置及方法

说明书

本发明涉及一种基于陈寿元效应的水波频率随传播距离而衰减、红移的实验装置及方法，实验装置包括信号发生模块、水波传播通道和信号检测模块；所述信号发生模块用于产生设定频率的水波，水波通过水波传播通道到达信号检测模块，信号检测模块通过测量水波的频率来观测水波频率随传播距离的衰减；其中信号发生模块产生水波的声源位置、水波传播通道和信号检测模块的测点位置保持相对静止，用于消除多普勒效应，及媒质移动引起波长的变化。

技术领域

本发明涉及教学科研仪器领域，具体涉及一种基于陈寿元效应的水波频率衰减、红移实验装置及方法。

背景技术

水波的产生、传播、接收理论与技术经过几百年的发展，已非常成熟。目前对于水波波长变化的原因，人们主要认为源于多谱勒效应，即物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化，或媒质的流动引起波长变化，现有的教学平台用于观测基于多普勒效应的水波波长变化已经非常成熟，但是针对水波波长变化源于陈寿元效应的观测教学平台，却尚未出现。

陈寿元效应是指：水波在传播过程中，由于水波能损耗及扩散、色散造成了能量强度降低。波能量的两个因子振幅和频率，在信号强时以振幅衰减为主，频率衰减为辅；在信号弱时，振幅、频率都快速衰减，频率的变化带动了波长的变化，所以水波在传播过程中波长的变化是波能损耗引起的。

水波是无色透明的表面波，且不易观测，因此也需要研究如何有效得观测水波的频率变化与红移。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于陈寿元效应的水波频率衰减、红移的实验装置，可在陈寿元效应的基础上观测到水波频率随传播距离衰减以及水波波长的变化，即水波的红移。

为了实现上述目的，本发明采用如下方案：

一种基于陈寿元效应的水波频率衰减实验装置，包括信号发生模块、水波传播通道和信号检测模块；所述信号发生模块用于产生设定频率的水波，水波通过水波传播通道到达信号检测模块，信号检测模块通过测量水波的频率来观测水波频率随传播距离的衰减；其中信号发生模块产生水波的声源位置、水波传播通道和信号检测模块的测点位置保持相对静止，消除多普勒效应，及媒质移动引起波长的变化。

进一步的，所述信号发生模块包括低频电信号发生器，第一放大器，波动模式转换器，所述波动模式转换器用于将电信号转变为水波信号。

进一步的，所述信号检测模块包括依次连接的滤波器、第二放大器、相位角积累器和显示单元，水波信号通过水波传播通道到达信号检测模块，采用相位角积累器将水波频率的衰减转化为对相位角的积累测量。

进一步的，在所述水波传播通道的前端与末端之间设有跟随器，用于提高测量精度，消除信号漂移。

进一步的，所述信号发生模块具有波源调节单元，用于调节所述产生设定频率的水波的物理性质。

进一步的，所述波源调节单元具有波源功率调节器和波源频率调节器，分别用于调节所述水波的初始功率和初始频率。

进一步的，所述实验装置位于封闭空间内，所述封闭空间是基于振动相对隔绝设备、光照相对隔离设备、噪音相对隔绝设备以及温度相对恒定设备构建的。

进一步的，所述水波传播通道采用长距离传播媒质，所述距离在5米以上，50米以下。

本发明还提供了另一种技术方案：

一种基于陈寿元效应的水波频率衰减、红移实验方法，采用信号发生模块产生设定频率的水波，水波经其传播通道传输后，采用跟随测量方法检测测点的水波频率变化，采用相位角积累方法将水波频率的衰减转化为对相位角的积累测量，根据频率与波长的关系，将水波频率衰减转化为波长的变化，即为水波的红移；其中信号发生模块产生水波的声源位置、水波传播通道和测点位置保持相对静止，消除多普勒效应。水面、水体没有移动，用于消除媒质移动引起的波长变化。