Подготовка измерительной установки к работе
Подготовка измерительной установки к работе производится обслуживающим персоналом лаборатории.
Подсоедините передатчик к диодному разъему TR1 ультразвуковой установки и выберите режим непрерывной работы «Con». Подключите приемник в левый разъем типа BNC (перед усилителем). Затем при помощи BNC-кабеля соедините аналоговый выход ультразвуковой установки и вход устройства управления (соблюдайте полярность переходника), а устройство управления – с ПК при помощи информационного стандартного кабеля RS 232.
Соедините разъем, находящийся под пластиной гониометра с устройством управления. Нажмите кнопку «Cal» на устройстве управления (чтобы разблокировать привод) и установите вращающееся плечо на 0º. После этого отожмите кнопку «Cal». Выберите пункт меню «Goniometer» («Гониометр»). Установите опцию «Показывать диаграмму». При помощи программного обеспечения выберите диапазон вращения приемника ± 50º. Для сохранения пропорциональности между входным сигналом приемника и сигналом на его аналоговом выходе не рекомендуется, чтобы усилитель ультразвуковой установки работал в области насыщения. Если это произошло, и загорелся диод «OVL», уменьшите амплитуду передатчика или входное усиление приемника. В данном случае рекомендуется установить усиление в нулевое положение приемника во избежание повторного загорания диода.
Замечание:
Из-за помех в поле измерения может возникнуть ошибочная модуляция по яркости. Для снижения помех не рекомендуется
- 7 -
проводить эксперименты в слишком узких помещениях или вблизи отражающих поверхностей (стен, шкафов и т.д.). По возможности установите измерительные приборы и источники тока за зеркалом. Не находитесь вблизи поля измерения при проведении эксперимента. Как правило, в случае возникновения асимметрий в интенсивностях спектров, их можно устранить, осторожно повернув предметный держатель на 90º к пластине гониометра.
Выполнение работы
Задание 1. Определение длины ультразвуковой волны и
скорости звука в воздухе
1. Установите в диафрагме ширину щели b = 6 см.
2. Включите измерительную установку и, последовательно выполняя пункты инструкции по измерениям, получите зависи-мость углового распределения давления р() ультразвука в области дифракции.
3. С помощью инструментов приложения “Measure” измерьте угловые расстояния между минимумами или максимумами 1-го, 2-го, 3- го и т.д. порядков.
4. По формуле (3) или (5) вычислите длину ультразвуковой волны и определите ее среднее значение.
5. По стационарной частоте генератора f = 40 кГц и среднему значению длины волны определите скорость звука в воздухе.
6, Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 1.
Таблица 1
|
№ п/п |
2 |
|
|
<> |
f |
|
теор |
|
|
град |
град |
м |
м |
Гц |
м/с |
м/с |
% | |
|
1 2 3 4 5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
7. По известной в лаборатории температуре вычислите по формуле (9) скорость звука. Сравните экспериментальное и
- 8 -
вычисленное значения скорости звука, оцените погрешность измерений по формуле
8. По выполненной работе сделайте вывод.
Задание 2. Исследовать зависимость углового распределения
давления р() ультразвука в области дифракции.
1. С помощью измерительной установки получите распределения давления р() ультразвука в области дифракции для различной ширины щели (b = 4, 5, 6, 7, 8 см).
2. С помощью инструментов приложения “Measure” измерьте для каждого распределения р() угловые расстояния между мини-мумами 1-го порядка и максимумы давления нулевого порядка. Считать давление ультразвука пропорциональным напряжению на выходе измерительного блока установки.
3. Для одного распределения р() измерьте амплитуды 1-го, 2 –го, 3- порядков.
4. Результаты измерений занесите в таблицу 2.
Таблица 2
|
№ |
b |
|
р0 |
р1 |
р2 |
р3 |
р1/р0 |
р2/р0 |
р3/р0 |
|
|
мм |
град |
B |
B |
B |
B |
- |
- |
- |
|
1 2 3 4 5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5. Постройте графики зависимостей (b) и р0(b).
6. Рассчитайте отношение максимальных значений давлений р/р0 и сравните с теоретическими значениями (6).
7. По проделанной работе сделайте вывод.
- 9 -
Контрольные вопросы
1. Что понимают под ультразвуком, какими особенностями он обладает?
2. Как объясняют явление дифракции волн с помощью принципа Гюйгенса-Френеля?
3. Как при дифракции на щели выглядят условия минимума и максимума?
4. Как с помощью дифракции ультразвука на щели определяют его скорость в воздухе?
5. От каких факторов зависит скорость звука в воздухе?