聲干涉儀

聲干涉儀指的是利用駐波原理精確測量聲波在媒質中的傳播速度的儀聲干涉儀\n器。它也能用來測量媒質中的聲衰減係數，但準確度不高。

聲干涉儀

正文

利用駐波原理精確測量聲波在媒質中的傳播速度的儀器。它也能用來測量媒質中的聲衰減係數，但準確度不高。它有變程干涉儀和定程干涉儀兩種基本類型。
變程干涉儀（見彩圖）的發展較早，20世紀20年代就已出現，適用於流體媒質中測量。它主要由輻射壓電晶片(見壓電性)和一塊可移動的剛性反射板組成，兩者嚴格平行，中間充滿待測流體媒質，兩者距離可以精密地調節,如圖1所示。為了避免溫度、靜壓等因素對聲速的影響，根據要求的測量準確度，還須採用恆溫裝置甚至恆壓措施。晶片被激發後向媒質發射平面超音波，經反射板反射，使得晶片和反射板間發生聲波的干涉而形成駐波。這時晶片的輻射阻抗隨晶片和反射板間的距離而周期地變化。改變這兩者間的距離時，就可發現晶片的電參量（電流或端電壓）將隨距離周期性變化，在一系列特定距離上相間出現一系列極大值和極小值,圖2表示電流對距離的關係。根據駐波原理，相鄰兩次極大值（或極小值）之間所移動的距離就等於聲波的半個波長。精確測定從某一極大（小）值開始,到達其後出現n個極大(小)值時反射板所移動的總距離L,就可求得聲波的波長λ＝2L/n，再利用精確測定的聲波頻率值 f，就可求得媒質的聲速

c＝λf＝2Lf/n。

因為頻率的測量準確度可以極高，所以變程干涉儀測量聲速的準確度主要限於長度測量的準確度，目前最高約達10-4～10-5的準確度。在上述變程干涉儀的基礎上, 曾有過多種改進，例如，用一接收晶片代替反射板，並且利用接受晶片輸出電壓的極值來進行測量，就是所謂雙晶片干涉儀，適用於測量衰減較大的媒質。變程干涉儀不適用於固體媒質，因而在20世紀30年代末期又出現了定程干涉儀。

聲干涉儀

聲干涉儀

聲干涉儀

定程干涉儀把輻射晶片和反射板（或接收晶片）間的距離保持為固定值d,而連續調變發射聲波的頻率。這時可發現晶片的電參量將在一系列特定頻率上相繼出現極大值和極小值。圖3表示用接收晶片充當反射板時測得的接收電壓同頻率的關係曲線，根據相鄰兩個共振頻率之差Δf可求得聲速
с＝2dΔf。
定程干涉儀測量聲速絕對值的準確度同樣限於長度的測量準確度,也僅為10-4～10-5的數量級。但因d為常數,測量聲速變化的準確度卻只受頻率測量準確度的限制，故可大為提高,達10-7的數量級。用共振曲線的形狀還可求得媒質在頻率f時的聲衰減係數為α＝πf/Qс,式中Q為這時共振曲線的品質因素，但測量準確度也不高。定程干涉儀的原理可用於固體媒質，把輻射晶片貼在固體試樣的一個端面，另一端面任其自由或貼上接收晶片就可實現測量，但應考慮所貼晶片對共振頻率的貢獻而加以修正，故計算公式將較複雜。

聲干涉儀

一般的變程干涉儀和定程干涉儀都有聲衰減測量準確度不高和測量費時的缺點。為了提高聲衰減測量準確度，出現了所謂脈衝干涉儀，它發射的是連續波和脈衝波列的組合，仍用干涉原理測量聲速，同時用脈衝波列的方法來獲得較高準確度的聲衰減測量。此外，由於近年來電子技術的發展，已使許多新設計的聲干涉儀實現了聲速和聲衰減的自動測量。
參考書目
　別爾格曼著，曹大文等譯：《超聲》，國防工業出版社，北京，1964。
　W.P.Mason, ed.,Physical Acoustics, Vol.8,Chap.3,Academic Press, New York, 1971.同濟大學聲學研究室編：《超聲工業測量技術》，上海人民出版社，上海，1977。

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