论文总字数：9524字

摘 要

ABSTRACT………………………………………………………………………III

第一章 绪论 - 1 -

1.1 声速测量大背景 - 1 -

1.2 实验目的 - 2 -

第二章 声速测量方法及工具 - 3 -

2.1 声速测量方法的选用 - 3 -

2.1.1 超声波法测声速（驻波法） - 3 -

2.1.2 时差法测声速 - 4 -

2.1.3 可闻声波法（驻波法） - 4 -

2.1.4 测量方法的选择 .................................... - 4 -

2.2 声速测量软件的选用 - 5 -

第三章 实验方案及内容 - 6 -

3.1 设计思路 - 6 -

3.2 整体结构 - 6 -

3.3 程序编写 - 7 -

3.4 寻找较佳频率 - 8 -

第四章 操作流程及数据处理 - 11 -

4.1 测量装置实物图 - 11 -

4.2 具体实验操作步骤 - 12 -

4.3 实验数据处理 - 13 -

第五章 设计总结 - 15 -

参考文献 - 16 -

致谢 - 17 -

基于PC平台声速测量装置的研发

摘要

我们利用共鸣管配合上普通的麦克风、扬声器以及一台具有声卡的旧电脑进行声速测量装置的设计。该设计基于LabVIEW技术，并选择用可闻声驻波法进行实验测量。我们采用LabVIEW软件编写实验程序，通过在电脑中运行实验程序控制扬声器的发声、麦克风接收声波信号等一系列操作，从而实现在共鸣管中对声速的准确测量。通过对比本实验装置测得的多次实验结果，我们设计的实验装置的声速测量误差范围在3%~5%左右。实验所需装置均日常可见，可以方便的帮助学生理解声速测量的原理，同时又降低了声速测量的成本。与传统的声速实验仪相比，本仪器特色鲜明，推广前景良好。

关键词： 共鸣管 声速测量 LabVIEW 驻波法 程序

Development of sound speed measurement device based on PC platform

Abstract

We have designed the sound velocity measurement device by using the resonating tube, ordinary microphone, loudspeaker and an old computer with sound card. The design is based on LabVIEW technology, and the acoustic standing wave method is selected for experimental measurement. We use the LabVIEW software to write the experimental program. By running the experiment program in the computer, we can control the sound of the loudspeaker and control the microphone to receive the acoustic signal. Then we can measure the sound speed accurately in the resonance tube. By comparing the experimental results measured by the experimental setup, the error rate of the sound velocity measured by the experimental device is about 3%~5%. The equipment needed for the experiment is very common, which can help students understand the principle of sound velocity measurement, and at the same time reduce the cost of sound velocity measurement. Compared with the traditional sound speed tester, the instrument has distinctive features and good promotion prospects.

Key Words: Resonance tube; Sound speed measurement; LabVIEW; Standing wave method; program

第一章 绪论

1.1 声速测量大背景

声波由发声体的振动产生，为机械波，可借助空气、水等各种介质进行传播。声波通常为纵波，也有横波。人耳能听见的声波频率一般在20Hz ~20kHz，低于该区间的声波为次声，波高于该区间的声波为超声波。声音传播的特性表现在波长，波速、声压等方面，其中，波速（即声速）是声学技术中的重要研究对象。

从公元1708年英国人德罕姆第一次测出空气中的声速开始，世界打开了一扇新的大门。从此，时代的探险者们便开始在声速测量这条未知的道路上披荆斩棘。时至今日，声速测量对人类生产、生活的影响愈发重大，纵观各大领域，你会发现，声速测量总是占有一席之地：

在海洋工程和水声研究中，海水声速的精准测量具有十分重要的意义[1]。从水声技术的发展历史上来看，声速测量的方法以及手段一直都是其探究的基本问题[2]。对海水中声速的精确测量，成为了海洋资源探测与开掘的重要研究前提之一。同时对于建立基于直接法测量的海水声速仪校准装置，创建出一套精密的流体声速测量系统具有十分重要的意义[3]。现阶段，海水声速测量技术被广泛的应用在侧扫声呐、单波束测深仪等多种水声设备的误差校准中[4]。

热力学基础研究和工程应用中，气象声速的测量也具有重要意义。气相声速是目前可测量的最精确的热物性之一, 也是热力学基础研究和工程应用的重要基础参数[5] [6]。

除了以上例举的两大领域之外，声速测量在很多基于物质特性研究的领域上也扮演着十分重要的角色[7~12]。比如，声全息，就是利用干涉原理以及衍射原理而成像的一种技术。

现在，声学领域的发展已经不容小觑，医学、热力学、海洋学各个领域的发展都与声学有着密不可分的联系，尤其是对声速的测量，更是对社会生产力的提高有着显著的意义。因此，我们需要不断发展与培养当代学生对声学领域的学习激情与兴趣。

1.2 实验目的

对于学生而言，声速测量实验是各大高校开设的基础物理实验之一，为了让学生们对声波相关物理量有一定的初步了解。一般学校会选用传统的超声波声速测量仪器，相对来说成本较高且给学生的印象较为抽象。所以对于本次毕业作品的设计，我们计划将其制作为制作一款成本低廉，操作难度较低的测量装置。但是同时该声速测量装置的测量误差不能太大，测量准确程度应较高。与传统的仪器相比，这些利用普通的装置搭建的实验仪器应该更方便的让学生了解到声波在传播过程中的物理图像、声学中的基本物理量（例如声强、声压、声级）的具体含义等，从而更好地理解声速测量实验的内涵。以此来提高当代中小学生在声学领域的基本素养。

第二章 声速测量方法及工具

2.1 声速测量方法的选用

声速测量是一个大学物理的基础实验。声速测量的方法也比较丰富，如超声波测量、可闻声波测量、可闻声驻波法测量等（如图1所示）。声速测量实验的根本原理方法基于两个最基本公式：V=fλ（驻波法）和V=s/t（时差法）。（V代表波速，f代表频率，λ代表波长，s代表距离，t代表时间）

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