[发明专利]一种超声双缝干涉声速测量仪器及其测量方法

权利要求书

1.一种超声双缝干涉声速测量仪器，其特征是包括超声信号源（1），双踪示波器（2），接收换能器（3），滑槽（4），载物台（5），读数盘（6），小游标（7），双缝装置（8），发射换能器（9）；其中载物台（5）设于读数盘（6）上表面中心处，载物台（5）的后端固定双缝装置（8），双缝装置（8）连接发射换能器（9）；2个小游标（7）以载物台（5）为中心对称设于读数盘（6）的上表面边缘，读数盘（6）的前端连接滑槽（4），滑槽（4）上设有接收换能器（3）；超声信号源（1）的S1输出端口连接发射换能器（9），超声信号源（1）的S2接收端口连接接收换能器（3），超声信号源（1）的Y2输出端口连接双踪示波器（2）的CH2(Y)接收端口。

2.根据权利要求1所述的超声双缝干涉声速测量仪器，其特征是所述的读数盘（6）呈圆形，包括外圈和内圈；其中外圈设有刻度，内圈相对外圈绕圆心转动；2个小游标（7）围绕圆心对称设于内圈的边缘，小游标（7）上设有刻度；读数盘（6）的底部设有3个支撑脚。

3.根据权利要求1所述的超声双缝干涉声速测量仪器，其特征是所述的滑槽（4）通过下端的延长杆连接读数盘（6）的外圈，与外圈同步围绕读数盘（6）的圆心左右转动；滑槽（4）的上表面与接收换能器（3）的底部形状相吻合，接收换能器（3）沿滑槽（4）前后移动。

4.根据权利要求1所述的超声双缝干涉声速测量仪器，其特征是所述的双缝装置（8）朝向载物台（5）的表面设有2条竖直的窄缝。

5.利用如权利要求1所述的超声双缝干涉声速测量仪器的超声波声速测量方法，其特征是包括如下步骤：

1）打开超声信号源（1），超声信号源（1）经S1输出端口通过发射换能器（9）将超声波输出至双缝装置（8），超声波经过双缝装置（8）传播至滑槽（4）上的接收换能器（3），接收换能器（3）将接收到的超声波转换并传输至超声信号源（1）的S2接收端口，超声信号源（1）再将接收到的超声波信息经Y2输出端口传输至双踪示波器（2）的CH2(Y)接收端口，双踪示波器（2）显示出相应的波形；

2）调节超声波的输出频率f，直至双踪示波器（2）显示出振幅最大和稳定的正弦波形，此时的频率f即是接收换能器（3）的谐振频率；滑动改变接收换能器（3）的位置，重复测量5次，取平均频率，再次调节超声波的输出频率f与相等；

3）左右转动接收换能器（3），通过双踪示波器（2）观察正弦波形振幅的变化观察干涉相长和干涉相消现象；双缝装置（8）表面的2条窄缝的缝宽为a，2条窄缝边缘间距为b，双缝间距d = a + b，声波偏移角度为θ；对于不同的θ角，产生干涉极小的条件为波程差等于半波长的奇数倍，则干涉强度出现极小的条件为式（1）：

（1）

式中k= 1, 2,…, n，λ为波长；

4）当接收换能器（3）向左转动到第一极值，即正弦波形振幅第一次到达最小值时，分别记下读数盘上两个小游标（7）对应的读数，左边小游标读数为θ₁，右边小游标读数为θ₂；当接收换能器（3）向右转动到第一极值，即正弦波形振幅第一次到达最小值时，分别记下读数盘上两个小游标对应的读数，左边小游标读数为θ₁'，右边小游标读数为θ₂'；则干涉极小对应的角度为：

（2）

重复测量5次，取其平均值；

由波速=波长×频率，即ν= λf，结合式（1）、（2）得到：

（3）

由式（3）计算出频率为f的超声波的声速ν。