水聲學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、實(shí)驗(yàn)聲壓級(jí)傳播衰減測(cè)量班級(jí)20210532學(xué)號(hào)2021053214姓名劉桂玉小組成員李珥2021053213劉桂玉2021053214曾騰2021053226齊園蕾2021053217指導(dǎo)教師成績實(shí)驗(yàn)一聲壓級(jí)傳播衰減測(cè)量1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑趯?shí)驗(yàn)室對(duì)自由球面波聲場(chǎng)中傳播衰減進(jìn)行測(cè)量,掌握球面波衰減規(guī)律,掌握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理分析方法.1.1、 實(shí)驗(yàn)原理在自由球面波聲場(chǎng)中,沿球半徑方向,聲壓的振幅值滿足關(guān)系(AAp(r)一r式中,A為常數(shù),其值相當(dāng)于r1m處的聲壓幅值,因此水聽器的輸出信號(hào)幅度在球面波聲場(chǎng)中隨它離球心的距離成反比衰減.對(duì)上式可以取對(duì)數(shù),得到聲壓級(jí)隨距離對(duì)數(shù)值的關(guān)系：SL2021g胃20logr

2、20logr0式中P01Pa,r.1mo由上式可見,右邊第一項(xiàng)為常數(shù),它表示聲源強(qiáng)度等于離源中央1m處得聲壓級(jí).可見,在聲壓和距離的雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系統(tǒng)中,上式為一直線,并且距離每增加一倍,聲壓級(jí)減少6dB.1.2、 實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)在水箱內(nèi)進(jìn)行,實(shí)驗(yàn)中信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)包括功率放大器、示波器、信號(hào)源、測(cè)量放大器、發(fā)射換能器、水聽器各一個(gè),測(cè)量系統(tǒng)連接示意圖如圖1所示.圖1測(cè)量系統(tǒng)連接示意圖將標(biāo)準(zhǔn)水聽器裝在帶有距離刻度的掃描基陣架上.測(cè)量時(shí)由信號(hào)源發(fā)出單頻脈沖信號(hào),經(jīng)功率放大器送入發(fā)射換能器,脈沖寬度應(yīng)保證反射信號(hào)和直達(dá)波信號(hào)能夠隔離.聲波由標(biāo)準(zhǔn)水聽器接收,水聽器測(cè)量輸出信號(hào)送到測(cè)量放大器后,再通過示波器可以

3、直接讀取直達(dá)接收信號(hào)脈沖峰的值,排除反射脈沖信號(hào)池壁反射波影響.1.3、 實(shí)驗(yàn)測(cè)量步驟如下：1連接實(shí)驗(yàn)設(shè)備,并進(jìn)行檢查,確認(rèn)連接正確；2發(fā)射換能器和接收水聽器入水至適宜深度,保證標(biāo)準(zhǔn)水聽器測(cè)量時(shí)應(yīng)與發(fā)射換能器同深度,發(fā)射換能器與水聽器之間的初始測(cè)量距離為0.2m；3調(diào)節(jié)測(cè)量功率放大器和示波器,觀測(cè)水箱內(nèi)噪聲信號(hào)；4根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件水箱尺寸、聲源諧振頻率設(shè)定發(fā)射信號(hào)中央頻率、脈寬等參數(shù),調(diào)節(jié)功率放大器,聲源發(fā)射脈沖信號(hào).通過示波器觀察水聽器接收信號(hào)；5讀取直達(dá)接收信號(hào)脈沖峰的值,排除反射脈沖信號(hào)池壁反射波影響；6當(dāng)對(duì)一個(gè)位置的數(shù)據(jù)測(cè)量完畢后,等間隔的逐次改變測(cè)量位置,觀察信號(hào)變化情況,讀取每個(gè)距離時(shí)

4、的輸出測(cè)量值,記錄數(shù)據(jù)；2、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理2.1、傳播衰減根據(jù)聲壓隨球面波衰減及SL的定義式可得到SL的測(cè)量式如下SL(R)PL(R)20lg(R)201g電壓有效值203-20lg測(cè)放20lgR其中測(cè)量放大器的放大倍數(shù)為40dB,即201g測(cè)放40dB換能器與水聽器之間的測(cè)量距離R分別0.2m,0.3m,0.4m,0.5m,0.6m,0.7m,0.8m時(shí)測(cè)得的數(shù)據(jù)如下表所示測(cè)量跑離R(cnj)20lgRVpp峰峰值(V)幅值(V)PL(dB)SLdB20-13.9794000984175.0411998161.061799730-10.457574915.42.7171.6272753161.

5、169700440-7.9588001734.22.1169.4443859161.485585750-6.0205999133.61.8168.1054501162.084850260-4.4369749922.81.4165.9225607161.485585770-3.09803922.61.3165.278867162.180827880-1.938200262.21.1163.8278537161.88965342.1.2、傳播衰減曲線如下180PL衰減曲線175170165_PL(dB)160155024682.1.3、實(shí)驗(yàn)圖片當(dāng)距離為R=0.8m時(shí),示波器所顯示的峰峰值為2.2V

6、,實(shí)驗(yàn)圖片如下2.1.4、實(shí)驗(yàn)誤差R2R3取其中R1=0.2m,R2=0.4m,R3=0.8m二個(gè)距離,其中R22,-R32,其聲壓級(jí)PLR1R2差值PL如下PLPL1=PL(R1)-PL(R2)PL2=PL(R2)-PL(R1)(dB)5.5968139325.616532192當(dāng)傳播距離增加一倍時(shí),PL的理論衰減值為6dB實(shí)驗(yàn)誤差E1=6.72%E2=6.39%2.1.5、分析誤差產(chǎn)生的原因：讀取示波器上的峰峰值是通過數(shù)屏幕上的波形所占格數(shù)讀取,讀數(shù)存在一定誤差.在改變水聽器的距離R時(shí),由于測(cè)量不準(zhǔn)存在一定誤差發(fā)射換能器和接收水聽器在入水深度上有偏差,不能完全到達(dá)同一高度水箱受到外界干擾而

7、產(chǎn)生誤差改變距離后未等到水聽器完全靜止,造成讀數(shù)存在誤差2.2發(fā)射換能器的指向性固定兩水聽器之間的距離為0.8,m,旋轉(zhuǎn)發(fā)射換能器,使之在-600到600之間旋轉(zhuǎn),每隔10°測(cè)量一次,所得數(shù)據(jù)如下發(fā)射換能器角度(.)Vpp峰峰值(V)Vpp/Vpp(max)-600.340.154545455-500.50.227272727-400.90.409090909-301.20.545454545-201.60.727272727-1020.90909090902.211020.909090909201.60.727272727301.20.545454545400.80.3636363

8、641500.440.2600.220.12.2.1發(fā)射換能器指向性圖如下發(fā)射換百曙指向性圖3、思考題1、如何區(qū)分直達(dá)信號(hào)和反射信號(hào)？可根據(jù)接收換能器和目標(biāo)之間的距離,算出反射波到達(dá)接收器的時(shí)間,再在示波器上對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)找到的波即目標(biāo)回波,一般來說目標(biāo)回波比池壁反射波到達(dá)的時(shí)間更短.2、發(fā)射信號(hào)的脈沖寬度選取原那么是什么？防止邊界影響1(d2H2d)c1(.d2B2d)c11(Ld)c式中,L為水箱長度,B為水箱寬度,H為水箱深度,d為發(fā)射換能器和接收換能器之間的距離.換能器尺寸大于聲波長時(shí),防止換能器之間的反射影響2d為與連續(xù)信號(hào)測(cè)量相比較,使換能器到達(dá)穩(wěn)態(tài)條件式中,Q為發(fā)射換能器的品質(zhì)因數(shù),fo為發(fā)射換能器的諧振頻率.為與連續(xù)信號(hào)測(cè)量相比較,使換能器各局部之間完成相互作用21c式中,1為沿聲波傳播方向上水聽器的尺寸.為保證聲信號(hào)不發(fā)生畸變,測(cè)試設(shè)備等帶寬應(yīng)為:4、實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過該實(shí)驗(yàn),我了解了測(cè)量聲壓級(jí)的方法,即先通過水聽器將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),再通過測(cè)量放大器放大,并掌握了如何由測(cè)得的電壓轉(zhuǎn)換成聲壓的具體公式,由此可將電信號(hào)復(fù)原成聲信號(hào),熟悉了聲一電一聲的轉(zhuǎn)換過程.同時(shí)我也驗(yàn)證了聲波在自由場(chǎng)中按球面波衰減的規(guī)律,當(dāng)聲波傳播距離