《浙光WSG-I超声光栅声速仪说明书[1]06.1.10》由会员分享，可在线阅读，更多相关《浙光WSG-I超声光栅声速仪说明书[1]06.1.10（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、文档来源为 :从网络收集整理 .word 版本可编辑 .欢迎下载支持WSG-I 型超声光栅声速仪说明书、八一、 前 言本仪器隶属声光效应实验范畴，在光路中放置一产生声波振动的媒介 实现对透过光的调制，而且调制效果可以与声信号存在可计算的联络，让 学生了解如何对光信号进行调制，以及实现这一过程的手段，同时也为测 量液体（非电解质溶液）中的声速提供另一种思路和方法，而采用超声光 栅技术测量液体中的声速，具有设备简单、操作方便、精确度高等优点。WSGI 型超声光栅声速仪为专利产品 （ 专利号 :02260193.7） ，未经授 权，凡生产、销售、购买仿制产品均属侵权行为。二、 原 理光波在介质中传播
2、时被超声波衍射的现象，称为超声致光衍射（亦称 声光效应）。超声波作为一种纵波在液体中传播时，其声压使液体分子产生周期性 的变化，促使液体的折射率也相应的作周期性的变化， 形成疏密波。此时， 如有平行单色光沿垂直于超声波传播方向通过这疏密相同的液体时，就会 被衍射，这一作用，类似光栅，所以称为超声光栅。超声波传播时，如前进波被一个平面反射，会反向传播。在一定条件 下前进波与反射波叠加而形成超声频率的纵向振动驻波。由于驻波的振幅 可以达到单一行波的两倍， 加剧了波源和反射面之间液体的疏密变化程度。 某时刻，纵驻波的任一波节两边的质点都涌向这个节点，使该节点附近成 为质点密集区，而相邻的波节处为质点
3、稀疏处；半个周期后，这个节点附 1文档来源为 :从网络收集整理 .word 版本可编辑 .文档来源为 :从网络收集整理 .word 版本可编辑 .欢迎下载支持 近的质点有向两边散开变为稀疏区，相临波节处变为密集区。在这些驻波 中，稀疏作用使液体折射率减小，而压缩作用使液体折射率增大。在距离 等于波长 A 的两点，液体的密度相同，折射率也相等，如图一所示。图一 在 t 和 t+T/2（T 为超声振动周期 ）两时刻振幅 y，液体疏密分布和折射率 n 的变化单色平行光入沿着垂直于超声波传播方向通过上述液体时，因折射率的周期变化使光波的波阵面产生了相应的位相差，经透镜聚焦出现衍射条Asin k k 纹
4、。这种现象与平行光通过透射光栅的情形相似。 因为超声波的波长很短， 只要盛装液体的液体槽的宽度能够维持平面波（宽度为 l ），槽中的液体就 相当于一个衍射光栅。图中行波的波长 A 相当于光栅常数。由超声波在液 体中产生的光栅作用称作超声光栅。当满足声光喇曼奈斯衍射条件22 l /A21时，这种衍射相似于平面光栅衍射，可得如下光栅方程（式中k为衍射级次， k为零级与k级间夹角）在调好的分光计上，由单色光源和平行光管中的会聚透镜（Li）与可调狭缝 S 组成平行光系统，如图二所示：图二 WSG-I 超声光栅仪衍射光路图 让光束垂直通过装有锆钛酸铅陶瓷片 （或称 PZT 晶片） 的液槽， 在玻 璃槽的
5、另一侧，用自准直望远镜中的物镜（ L2 ）和测微目镜组成测微望远 系统。若振荡器使 PZT 晶片发生超声振动，形成稳定的驻波，从测微目镜 即可观察到衍射光谱。从图二中可以看出，当k很小时，有：文档来源为：从网络收集整理.word版本可编辑欢迎下载支持As in k bf其中lk为衍射光谱零级至k级的距离；f为透镜的焦距。所以超声波波长：超声波在液体中的传播的速度：式中的 是振荡器和锆钛酸铅陶瓷片的共振频率，|k为同一色光衍射条纹间距。性能指标220V 50Hz812 MHz9.5 11.5 MHz8mm0.01mm3、高频信号输岀端（无正负极区别）4、频率显示窗1、输入电压3、输出信号频率：工
6、作频率4、测微目镜测量范围:测量精度：四、仪器结构仪器由超声信号源、超声池、高频信号连接线、测微目镜等组成，并 配置了具有11MHz左右共振频率的锆钛酸铅陶瓷片。实验应以本公司生产 的JJYT分光计系列为实验平台。超声信号源面板见图三所示，超声池在分 光计上的放置位置见图四所示。图三超声信号源面板示意图1、电源开关2、频率微调钮文档来源为：从网络收集整理.word版本可编辑欢迎下载支持123图四液槽放置示意图（其中 2、3、4、9为分光计配置）1、单色光源（钠或汞）2、狭缝3、平行光管4、裁物台5、接线柱6、液体槽7、液体槽座8、锁紧螺钉9、望远镜光管10、接筒11、测微目镜五、实验步骤1、
7、分光计（调整方法可参阅本公司生产的JJY1 系列分光计的说明书） 用自准直法使望远镜聚焦于无穷远，望远镜的光轴与分光计的转轴中心垂直，平行光管与望远镜同轴并岀射平行光，观察望远镜的光轴与载物台的 台面平行。目镜调焦使看清分划板刻线， 并以平行光管岀射的平行光为准， 调节望远镜使观察到的狭缝清晰，狭缝应调至最小，实验过程中无需调节2、采用低压汞灯作光源。3、将待测液体（如蒸馏水、乙醇或其他液体）注入液体槽内，液面高 度以液体槽侧面的液体高度刻线为准。4、 将液体槽座卡在分光计载物台上，液体槽座的缺口对准并卡住载物 台侧面的锁紧螺钉，放置平衡，并用锁紧螺钉锁紧。文档来源为 :从网络收集整理 .wo
8、rd 版本可编辑 .欢迎下载支持5、将此液体槽 （可称其为超声池） 平稳地放置在液体槽座中， 放置时， 转动载物台使超声池两侧表面基本垂直于望远镜和平行光管的光轴。6、两支高频连接线的一端各插入液体槽盖板上的接线柱，另一端接入超声信号源的高频输出端，然后将液体槽盖板盖在液体槽上。7、开启超声信号源电源， 从阿贝目镜观察衍射条纹， 仔细调节频率微 调钮（ 2），使电振荡频率与锆钛酸铅陶瓷片固有频率共振，此时，衍射光 谱的级次会显著增多且更为明亮。8、如此前分光计已调整到位， 左右转动超声池 （可转动分光计载物台 或游标盘，细微转动时，可通过调节分光计图中（15）螺钉实现），能使射于超声池的平行光
9、束完全垂直于超声束，同时观察视场内的衍射光谱左右 级次亮度及对称性， 直到从目镜中观察到稳定而清晰的左右各34 级的衍射条纹为止。9、按上述步骤仔细调节， 可观察到左右各 34 级或以上的衍射光谱。10、取下阿贝目镜， 换上测微目镜， 接筒在出厂时已装在测微目镜上， 调焦目镜，使清晰观察到的衍射条纹。利用测微目镜逐级测量其位置读数（例如：从一2、0、+ 2）,再用逐差法求出条纹间距的平均 值。11、声速计算公式为：式中： 光波波长； 共振时频率计的读数； f 望远镜物镜焦 距（仪器数据） ； lk 同一种颜色的衍射条纹间距。六、实验中应注意事项1、超声池置于载物台上必须稳定,在实验过程中应避免
10、震动, 以使超5文档来源为 :从网络收集整理 .word 版本可编辑 .文档来源为 :从网络收集整理 .word 版本可编辑 .欢迎下载支持 . 声在液槽内形成稳定的驻波。导线分布电容的变化会对输出电频率有微小 影响，测量数据时不能触碰连接超声池和高频信号源的两条导线。2、锆钛酸铅陶瓷片表面与对应面的玻璃槽壁表面必须平行，此时才会形成较好的表面驻波，因此实验时应将超声池的上盖盖平，而上盖与玻璃 槽留有较小的空隙，实验时微微扭动一下上盖，有时也会使衍射效果有所 改善。3、一般共振频率在 11MHz 左右， WSG-I 超声光栅声速仪给出 9.5 12MHz 可调范围。在稳定共振时，数字频率计显示
11、的频率值应是稳定的， 最多只有末尾有 1 2 个单位数的变动。4、实验时间不宜过长，其一，声波在液体中的传播与液体温度有关， 时间过长，温度可能在小范围内有变动，从而会影响测量精度，一般测量 可以待测液体温度同于室温，精密测量可在超声池内插入温度计测量；其 二，频率计长时间处于工作状态，会对其性能有一定影响，尤其在高频条 件下有可能会使电路过热而损坏，实验时，特别注意不要使频率长时间调 在 12MHz 以上，以免振荡线路过热。5、提取液槽应拿两端面，不要触摸两侧表面通光部位，以免污染，如 已有污染，可用酒精乙醚清洗干净，或用镜头纸擦净。6、实验中液槽中会有一定的热量产生，并导致媒质挥发，槽壁会
12、见挥发气体凝露，一般不影响实验结果，但须注意液面下降太多致锆钛酸铅陶 瓷片外露时，应及时补充液体至正常液面线处。7、实验完毕应将超声池内被测液体倒出， 不要将锆钛酸铅陶瓷片长时 间浸泡在液槽内。8、以下两点可明显提高条纹清晰度和衍射级次6文档来源为 :从网络收集整理 .word 版本可编辑 .文档来源为：从网络收集整理.word版本可编辑欢迎下载支持 将狭缝内的毛玻璃片卸除 光源尽量靠近狭缝七、应用实例声速计算公式：V f / lk式中：f为透镜L2的焦距（JJY分光计）为170mm汞灯波长（其不确定度忽略不计）分别为：汞蓝光 435.8nm,汞绿光546.1nm,汞黄光578.0nm （双黄
13、线平均波长）。V样品195%分析乙醇实验温度 23.5 C= 12.15 0.02MHz （0.17%）测微目镜中衍射条纹位置读数,小数点后第三位为估数值：（mn）级 色-4-3-2-101234黄0.9371.9412.9684.0355.0546.0837.100绿0.1451.1002.0803.0724.0354.9815.9516.9267.900蓝0.9341.7082.4603.2434.0354.8095.5596.3357.109用逐差法计算各色光衍射条纹平均间距及标准差:光色衍射条纹平均间距 X6 x声速v黄1.0326 0.0026mm, 0.25%1156 4m/s,
14、0.30%绿0.9726 0.0018mm, 0.20%1160 3m/s , 0.26%蓝0.7733 0.0020mm, 0.26%1164 4m/s , 0.31%将三种不同的波长测量的声速平均得:Vc= 1160m/s0.35%手册值：1168m/s（GHOH 20 C）文档来源为：从网络收集整理.word版本可编辑欢迎下载支持 v样品2 纯净水实验温度：24C V= 12.24 0.02MHz (0.17%)测微目镜中衍射条纹位置读数：(mm级 色-4-3-2-101234黄1.6212.3903.1954.0364.8265.6306.432绿0.9861.7482.4893.2754.0364.7725.5366.3027.073蓝1.5832.1972.7823.3954.0364.6115.2195.8286.434用逐差法计算各色光衍射条纹平均间距及标准差:光色衍射条纹平均间距 X6 x声速v黄0.8068 0.0041mm, 0.49%1491 8m/s，0.53%绿0.7593 0.0022mm, 0.29%1497 5m/s，0.33%蓝0.6068 0.0019mm, 0.21%1495 6m/s，0.40%将三种不同的波长所测量的声速平均得
