人們是怎么測量出聲速和光速的，用什么儀器，什么時(shí)候
**聲速的測量**
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二十世紀(jì)以來,聲學(xué)測量技術(shù)發(fā)展很快.目前聲學(xué)儀器有較大發(fā)展,并具有高保真度,很寬的頻率范圍和動(dòng)態(tài)范圍,小的非線性畸變和良好的瞬態(tài)響應(yīng)等.
過去,測量聲波和振動(dòng)的儀表都是模擬式電子儀表,測量的速度和準(zhǔn)確度受到一定的限制.六十年代初.出現(xiàn)了數(shù)字式儀表,直接亮余采用數(shù)字顯示,提高了測量時(shí)讀數(shù)的準(zhǔn)確度.由于計(jì)算技術(shù)和高質(zhì)量、低功耗的大規(guī)模集成電路的發(fā)展,人們已能用由微處理機(jī)控制的自動(dòng)測量代替逐點(diǎn)測量,使許多需要事后計(jì)算的聲學(xué)測量和分析工作可以用微計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)算.
以微處理機(jī)為中心的測量儀器,不但實(shí)現(xiàn)了小型化、多功能,而且由于采用了快速博里葉換算法,從而實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)分析.同時(shí)也出現(xiàn)了一帶賀些新的聲學(xué)測量和分析方法,例如實(shí)時(shí)頻譜分析,聲強(qiáng)測量,聲源鑒別,瞬態(tài)信號分析,相關(guān)分析等.
今后聲學(xué)測量的任務(wù)是采用新的測量技術(shù),提出新的測量方法,使用自動(dòng)化數(shù)字式儀器,以提高測量的準(zhǔn)確度和速度.
回顧歷史,可以看到,在發(fā)展經(jīng)典聲學(xué)的過程中,許多研究工作是直接用人耳來聽聲音的.直到本世紀(jì),發(fā)展了無線電電子學(xué),才使聲波的測量采用了電聲換能器和電子測量儀器. 高性能的測量傳聲器、頻譜分析儀和聲級記錄器實(shí)現(xiàn)了聲信號的聲壓級測量,頻譜分析和聲信號特性的自動(dòng)記錄；從而可以測量各種不同頻率、不同強(qiáng)度和波形的聲波,擴(kuò)展了聲學(xué)的研究范圍,促進(jìn)了近代聲學(xué)的發(fā)展.可以期望,計(jì)算技術(shù)和大規(guī)模集成電路的發(fā)展,微計(jì)算機(jī)和微處理機(jī)在聲學(xué)工作中的應(yīng)用,必將促使近代聲學(xué)進(jìn)一步發(fā)展.
傳統(tǒng)方法
方法1：一個(gè)聲音產(chǎn)生后,并不會(huì)立刻傳到你的耳朵,通常要經(jīng)過一段時(shí)間.除非你自己有這種經(jīng)驗(yàn),否則這是很難理解的.例如：如果你參加一個(gè)運(yùn)動(dòng)會(huì),坐在離鳴槍的人有一段距離的地方,你會(huì)先看到槍冒煙,后聽到槍聲.這是因?yàn)楣庑羞M(jìn)的速度非?？?約1秒鐘300000公里),而聲音的速度就慢得多(約1秒種340米).所以你會(huì)立刻看到槍冒煙,但聲音要過一會(huì)兒之后才會(huì)聽到.
于是早期測量聲音的速度是利用槍來做實(shí)驗(yàn).幫忙的人要拿著槍在一個(gè)量好的距離外,另一個(gè)人就拿著馬表站在原點(diǎn).在看到信號之后,幫忙的人就對空鳴槍.在原點(diǎn)的人一看到槍的火花和煙時(shí),就把馬表按下來；而當(dāng)他聽到槍聲時(shí),就再敬行滾按一次馬表讓馬表停下來.看到火花和聽到槍聲之間的時(shí)間,就是聲音行經(jīng)這一段量好距離所需的時(shí)間.就能算出聲音的速度.根據(jù)這一原理你不妨在今后的校運(yùn)動(dòng)會(huì)的時(shí)候試驗(yàn)一下（利用百米賽跑就可以了）.
為了測量聲音的速度你需要一個(gè)馬表和一個(gè)皮尺.量一個(gè)500公尺的距離,要盡可能量得準(zhǔn)確一點(diǎn).你和你的同學(xué)分別站在兩端；你的同學(xué)兩手各拿一塊大石頭（或者鑼、鼓、或者干脆拍手--拍手的聲音太低如果對方聽不到就不好辦了）,你則拿一個(gè)馬表.當(dāng)你大叫“開始”時(shí),你的同學(xué)要把石頭舉到頭頂,盡量大聲敲擊.當(dāng)你一看到石頭撞在一起,就按下馬表.等到你聽到石頭撞擊的音,就再按一下馬表讓馬表停下來.時(shí)間方面要記錄到十分之一秒.如果能多做幾次實(shí)驗(yàn),算出時(shí)間的平均值是最好的.你只要用計(jì)算機(jī)把你和你同學(xué)的距離除以時(shí)間,就可以算出聲音的速度了.
聲速核查是什么意思
是指對聲速儀器進(jìn)行檢測和校準(zhǔn)的過程。
聲速核查是指對聲速儀器進(jìn)行友答檢陪虛測和校準(zhǔn)的過程。由于聲速儀器的測量結(jié)果會(huì)受到環(huán)境、溫度、壓力等因素的影響，所以需要定期對其進(jìn)行檢測和校準(zhǔn)，以保證其準(zhǔn)確性和可靠性。
聲速儀器是一種用來測量聲音傳播速度的儀器，它通常被用于聲學(xué)、聲波測量蘆告燃和控制等領(lǐng)域。
超聲波測厚儀中的聲速指什么
超聲波測厚儀中的聲速就是指聲音在該介質(zhì)中的傳播速度，用傳播時(shí)間梁中來判定厚度。
音速是介質(zhì)中微弱壓強(qiáng)擾動(dòng)的傳播速度，其大小因媒質(zhì)的性質(zhì)和狀態(tài)而異。空氣中的音速在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓橡嘩山蘆尺和15℃的條件下約為340m/秒。
人們是怎么測量出聲速和光速的,用什么儀器,什么時(shí)候測出的
**聲速的測量**
二十世紀(jì)以來，聲學(xué)測量技術(shù)發(fā)展很快。目前聲學(xué)儀器有較大發(fā)展，并具有高保真度，很寬的頻率范圍和動(dòng)態(tài)范圍，小的非線性畸變和良好的瞬態(tài)響應(yīng)等。
過去，測量聲波和振動(dòng)的儀表都是模擬式電子儀表，測量的速度和準(zhǔn)確度受到一定的限制。六十年代初。出現(xiàn)了數(shù)字式儀表，直接采用數(shù)字顯示，提高了測量時(shí)讀數(shù)的準(zhǔn)確度。由于計(jì)算技術(shù)和高質(zhì)量、低功耗的大規(guī)模集禪舉成電路的發(fā)展，人們已能用由微處理機(jī)控制的自動(dòng)測量代替逐點(diǎn)測量，使許多需要事后計(jì)算的聲學(xué)測量和分析工作可以用微計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)算。
以微處理機(jī)為中心的測量儀器，不但實(shí)現(xiàn)了小型化、多功能，而且由于采用了快速博里葉換算法，從而實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)分析。同時(shí)也出現(xiàn)了一些新的聲學(xué)測量和分析方法，例如實(shí)時(shí)頻譜分析，聲強(qiáng)測量，聲源鑒別，瞬態(tài)信號分析，相關(guān)分析等。
今后聲學(xué)測量的任務(wù)是采用新的測量技術(shù)，提賀液碧出新的測量方法，使用自動(dòng)化數(shù)字式儀器，以提高測量的準(zhǔn)確度和速度。
回顧歷史，可以看到，在發(fā)展經(jīng)典聲學(xué)的過程中，許多研究工作是直接用人耳來聽聲音的。直到本世紀(jì)，發(fā)展了無線電電子學(xué)，才使聲波的測量采用了電聲換能器和電子測量儀器。 高性能的測量傳聲器、頻譜分析儀和聲級記錄器實(shí)現(xiàn)了聲信號的聲壓級測量，頻譜分析和聲信號特性的自動(dòng)記錄；從而可以測量各種不同頻率、不同強(qiáng)度和波形的聲波，擴(kuò)展了聲學(xué)的研究范圍，促進(jìn)了近代聲學(xué)的發(fā)展?？梢云谕?jì)算技術(shù)和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，微計(jì)算機(jī)和微處理機(jī)在聲學(xué)工作中的應(yīng)用，必將促使近代聲學(xué)進(jìn)一步發(fā)展。
傳統(tǒng)方法
方法1：一個(gè)聲音產(chǎn)生后，并不會(huì)立刻傳到你的耳朵，通常要經(jīng)過一段時(shí)間。除埋梁非你自己有這種經(jīng)驗(yàn)，否則這是很難理解的。例如：如果你參加一個(gè)運(yùn)動(dòng)會(huì)，坐在離鳴槍的人有一段距離的地方，你會(huì)先看到槍冒煙，后聽到槍聲。這是因?yàn)楣庑羞M(jìn)的速度非?？?約1秒鐘300000公里)，而聲音的速度就慢得多(約1秒種340米)。所以你會(huì)立刻看到槍冒煙，但聲音要過一會(huì)兒之后才會(huì)聽到。?
于是早期測量聲音的速度是利用槍來做實(shí)驗(yàn)。幫忙的人要拿著槍在一個(gè)量好的距離外，另一個(gè)人就拿著馬表站在原點(diǎn)。在看到信號之后，幫忙的人就對空鳴槍。在原點(diǎn)的人一看到槍的火花和煙時(shí)，就把馬表按下來；而當(dāng)他聽到槍聲時(shí)，就再按一次馬表讓馬表停下來?？吹交鸹ê吐牭綐屄曋g的時(shí)間，就是聲音行經(jīng)這一段量好距離所需的時(shí)間。就能算出聲音的速度。根據(jù)這一原理你不妨在今后的校運(yùn)動(dòng)會(huì)的時(shí)候試驗(yàn)一下（利用百米賽跑就可以了）.
為了測量聲音的速度你需要一個(gè)馬表和一個(gè)皮尺。量一個(gè)500公尺的距離，要盡可能量得準(zhǔn)確一點(diǎn)。你和你的同學(xué)分別站在兩端；你的同學(xué)兩手各拿一塊大石頭（或者鑼、鼓、或者干脆拍手--拍手的聲音太低如果對方聽不到就不好辦了），你則拿一個(gè)馬表。當(dāng)你大叫“開始”時(shí)，你的同學(xué)要把石頭舉到頭頂，盡量大聲敲擊。?當(dāng)你一看到石頭撞在一起，就按下馬表。等到你聽到石頭撞擊的音，就再按一下馬表讓馬表停下來。時(shí)間方面要記錄到十分之一秒。如果能多做幾次實(shí)驗(yàn)，算出時(shí)間的平均值是最好的。?你只要用計(jì)算機(jī)把你和你同學(xué)的距離除以時(shí)間，就可以算出聲音的速度了。
方法二.
測量聲音的速度還有一種利用回音來測量的的方法：（
所謂回聲，就是聲音在傳播的過程中碰到高大的障礙物被反射了回來，不是在電視里（當(dāng)然是夸張）有時(shí)看到一個(gè)人面對大山大喊一聲，可以聽到三個(gè)、四個(gè)甚至五個(gè)回聲嗎？
哪么我們就可以根據(jù)這樣的原理，站在離高墻較遠(yuǎn)的地方(事先測出你到高墻的距離）大聲地喊一下，在你喊的同時(shí)按下秒表，當(dāng)你聽到自己的回聲再按一下秒表，這樣一來，你的喊聲從你那兒到高墻打了一個(gè)來回，你只要把上面說的你跟高墻的距離除以測得的時(shí)間的一半，這聲音的速度也就出來了（這里要注意的是因?yàn)槿四芊直娉鲎约旱幕芈暤臅r(shí)間間隔要超過0.1秒，聲音有傳播速度是340米每秒，所以你與墻的距離，至少不得少于17米才行,而且中間還不能有障礙物）。
利用回聲測聲音速度比較高級和精確的做法是：
利用超聲波遇到物體發(fā)生反射，超聲波發(fā)生器通過電纜線連與超聲接受器連為一體，接受器能將接收到的超聲波信號進(jìn)行處理并在電腦屏慕上顯示其波形，超聲波發(fā)生器每隔固定時(shí)間發(fā)射一短促的超聲波信號，而接收到的由于障礙物反射回的超聲波信號經(jīng)儀器處理后也可在電腦屏上顯示出來（兩個(gè)波的形狀一大一小便于區(qū)分），每個(gè)反射波與相應(yīng)的發(fā)射波之間的滯后的時(shí)間可經(jīng)電腦的處理輸出，即能直接從電腦上讀出一個(gè)超聲波發(fā)射后遇到障礙物返回來的時(shí)間間隔，只要你事先測出超聲波發(fā)生器到障礙物之間的距離S，并將S除以往返時(shí)間的一半就是聲音在空氣里的傳播速度了。（超聲波在空氣中的傳播速度跟一般人能聽得到的聲波速度是相等的）。
測量聲速最簡單、最有效的方法之一是利用聲速v 、振動(dòng)頻率f和波長λ之間的基本關(guān)系，即實(shí)驗(yàn)時(shí)用結(jié)構(gòu)相同的一對（發(fā)射器和接收器）超聲壓電陶瓷換能器，來作聲壓與電壓之間的轉(zhuǎn)換。利用示波器觀察超聲波的振幅和相位，用振幅法和相位法測定波長，由示波器直接讀出頻率f。
(一)諧振頻率
超聲壓電陶瓷換能器是實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵部件，每對超聲壓電陶瓷換能器都有其固有的諧振頻率，當(dāng)換能器系統(tǒng)的工作頻率處于諧振狀態(tài)時(shí)，發(fā)射器發(fā)出的超聲波功率最大，是最佳工作狀態(tài)。
(二)振幅法
由發(fā)射器發(fā)出的聲波近似于平面波。經(jīng)接收器反射后，波將在壓電陶瓷換能器的兩端面間來回反射并且疊加。當(dāng)兩個(gè)換能器之間的距離等于半波長的整數(shù)倍時(shí)發(fā)生共振，產(chǎn)生共振駐波現(xiàn)象，波幅達(dá)到極大。由縱波的性質(zhì)可以證明，振動(dòng)位移處于波節(jié)時(shí)，則聲壓是處于波腹。接收器端面近似為一波節(jié)，接收到的聲壓最大，經(jīng)接收器轉(zhuǎn)換成的電信號也最強(qiáng)。聲壓變化和接收器位置的關(guān)系可從實(shí)驗(yàn)中測出，當(dāng)接收器端面移動(dòng)到某個(gè)共振位置時(shí)，示波器上會(huì)出現(xiàn)最強(qiáng)的電信號，如果繼續(xù)移動(dòng)接收器，將再次出現(xiàn)最強(qiáng)的電信號，兩次共振位置之間的距離即為1/2λ 。
(三)相位法
波是振動(dòng)狀態(tài)的傳播，也可以說是相位的傳播。沿傳播方向上的任何兩點(diǎn)，其振動(dòng)狀態(tài)相同，或者說其相位差為2π的整數(shù)倍時(shí)兩點(diǎn)間的距離應(yīng)等于波長λ的整數(shù)倍，利用這個(gè)公式可測量波長。由于發(fā)射器發(fā)出的是近似于平面波的超聲波，當(dāng)接收器端面垂直于波的傳播方向時(shí)，其端面上各點(diǎn)都具有相同的相位。沿傳播方向移動(dòng)接收器時(shí)，總可以找到一個(gè)位置使得接收到的信號與發(fā)射的信號同相。移過的這段距離必然等于超聲波的波長λ 。為了判斷相位差并且測定波長，可以利用雙蹤示波器直接比較發(fā)射的信號和接收的信號，同時(shí)沿傳播方向移動(dòng)接收器尋找同相點(diǎn)。也可以利用利薩如圖形尋找同相時(shí)橢圓退化為斜直線的點(diǎn)。
**光速的測量**
光速是有限還是無限，到17世紀(jì)還有爭議，笛卡爾認(rèn)為是無限的，伽利略認(rèn)為是有限的。17世紀(jì)初，伽利略用測量聲速的方法來測量光速，他讓兩個(gè)人各提一盞有遮光板的燈，并分別站在相距約1．6千米的地方，令第一個(gè)人先打開他的燈，同時(shí)開始計(jì)時(shí)；第二個(gè)人見到第一個(gè)人的燈亮?xí)r，立刻打開自己的燈；當(dāng)?shù)谝粋€(gè)人看見第二個(gè)人的燈亮?xí)r，停止計(jì)時(shí)，這樣測出光從第一個(gè)人到第二個(gè)人再返回所用的時(shí)間，再測出兩地的距離，就可以計(jì)算出光的速度。從原理上講，伽利略的方法是對的，但是實(shí)驗(yàn)失敗了。這是因?yàn)楣馑俸艽螅?／7秒能繞地球一周多，靠當(dāng)時(shí)的條件在地球上用通常測聲速的方法測光速是難以實(shí)現(xiàn)的。于是，人們把測光速的場地移到太空。在伽利略去世后約30年，丹麥王文學(xué)家羅默在觀察木星的衛(wèi)星食中，于1676年指出光速是有限的。
木星是一個(gè)周期為12年的太陽行星，它有11個(gè)衛(wèi)星——木星的月亮，其中4個(gè)最亮的可用合適的望遠(yuǎn)鏡看到，它們繞木星旋轉(zhuǎn)的軌道平面幾乎重合于地球和木星繞太陽旋轉(zhuǎn)的軌道面。因而木星的衛(wèi)星每繞木星一周將在進(jìn)入木星影處發(fā)生一次蝕。最接近于木星的衛(wèi)星，其周期是42小時(shí)28分16秒（約為7／4天），它走過自己直徑那樣的距離約需3．5分鐘，因而用望遠(yuǎn)鏡可以觀察到它剛發(fā)生蝕的瞬間，在這個(gè)系統(tǒng)里，木星的衛(wèi)星蝕，一方面作為一個(gè)信號供地球上人來觀察，同時(shí)，此衛(wèi)星蝕的周期過程又是一個(gè)準(zhǔn)確的時(shí)鐘，如果地球相對于木星的距離不變，或者光速為無限大（信號由木星那里傳到地球不需要時(shí)間），則每隔42小時(shí)28分16秒自然就看到該衛(wèi)星的蝕一次。但是，眾所周知，光速不是無限大，并且地球每時(shí)都在改變著它與木星的距離，所以在地球上看到的木星的衛(wèi)星相鄰蝕之間的時(shí)間間隔是變化的。顯然這個(gè)變化與地球相對于木星的距離的變化和光速的大小有關(guān)。
羅默經(jīng)過長期細(xì)心的觀察，他發(fā)現(xiàn)：在圖4－4中，若地球在E1和木星在J1看到一次木星衛(wèi)星蝕，再用平均周期推算此后任一次蝕的時(shí)間，則后一次蝕一般地并不剛好發(fā)生在所推算的時(shí)間。例如當(dāng)?shù)厍蛟诮?jīng)過E1之后約三個(gè)月行至E2處，實(shí)際看到蝕的時(shí)間較推算出的時(shí)間延遲了約10分鐘。這是因?yàn)楫?dāng)?shù)厍蛟谧髯訣1向E2而達(dá)E3的運(yùn)動(dòng)時(shí)，地球與木星的距離在逐漸增大，自木星來的任一信號都必須比前一信號多走一些距離才到達(dá)地球。經(jīng)過由E1到E2的三個(gè)月，所有相鄰蝕的時(shí)間延遲的總和約為10分鐘。當(dāng)?shù)厍蚶^續(xù)由E2經(jīng)過E4而向E5運(yùn)動(dòng)時(shí)，地球與木星的距離在逐漸減小，自木星來的任一信號都比前一信號少走一些距離。羅默從他的測量得出，光走過與地球軌道半徑等長的距離所需的時(shí)間約為11分鐘。在羅默的時(shí)代只知道地球軌道半徑的近似值，當(dāng)取此半徑為149．7×106千米時(shí)，算得光速c＝215000千米／秒。
在地球上較短的距離內(nèi)用實(shí)驗(yàn)的方法測出光速是19世紀(jì)中葉的事了。1849年德國物理學(xué)家菲索用“齒輪法”測出光速。如圖4－5所示，從光源S發(fā)出的光，射到半鍍銀的平面鏡A上，經(jīng)A反射后，從齒輪N的齒間空隙射到反射鏡M上，然后再反射回來，通過半鍍銀鏡射入觀察者眼中。如果使齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，那么在光從齒間到達(dá)M再反射回齒間的時(shí)間Δt內(nèi)，齒輪將轉(zhuǎn)過一個(gè)角度。如果這時(shí)齒a和a′間的空隙恰好被a所占據(jù)，則反射回來的光被遮斷，因而觀察者將看不到光。但如果這時(shí)齒輪恰好轉(zhuǎn)到下一個(gè)齒間空隙，由M反射回來的光從齒間空隙通過，觀察者就能重新看到光。齒輪的齒數(shù)已知，測出齒輪的轉(zhuǎn)速，可算出齒輪轉(zhuǎn)過一個(gè)齒的時(shí)間Δt，再測出M、N間的距離，就可以算出光速。菲索當(dāng)時(shí)測得空氣中的光速：c＝315300千米／秒。1851年，法國物理學(xué)家傅科用旋轉(zhuǎn)鏡法測得空氣中的光速：c＝298×108米／秒。傅科還第一次測出了光在水中的傳播速度為2．23×108米／秒，相當(dāng)空氣中光速的四分之三。
1924—1927年，美國科學(xué)家邁克爾孫綜合菲索和傅科測光速方法的優(yōu)點(diǎn)，用旋轉(zhuǎn)棱鏡法，在美國海拔5500米、相距35千米的威爾孫山和圣安東尼奧山進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，精確地測得光速：c＝299796±4千米／秒。非常接近1975年第15屆國際計(jì)量大會(huì)決議采用的光速值c＝299792．458±0．001千米／秒。他就在這次測量過程中中風(fēng)，于1931年去世。
在激光得以廣泛應(yīng)用以后，開始利用激光測量光速。其方法是測出激光的頻率和波長，應(yīng)用c=λν計(jì)算出光速c，目前這種方法測出的光速是最精確的。根據(jù)1975年第15屆國際計(jì)量大會(huì)決議，把真空中光速值定為c＝299 792 458米／秒。在通常應(yīng)用多取c=3×10^8米／秒。
光速測量儀
LM2000A1 光速測量儀（原LM2000A的增強(qiáng)型）(相位法) ? 對激光光束直接進(jìn)行100MHz的高頻調(diào)制，移動(dòng)反光鏡通過測量近程光與遠(yuǎn)程光的相位差求得調(diào)制光的波長，依據(jù)C=f·λ計(jì)算出光的傳播速度，即“相位法”。
?選用示波器來測量相位值。并采用降頻測相電路，測相頻率為455KHz，大大降低了對示波器的要求。
LM2000B 光速測量儀(振蕩法) ? 把光程作為“光-電振蕩”環(huán)路中的一個(gè)參量，用頻率計(jì)測量近程光與遠(yuǎn)程光的頻率差，并轉(zhuǎn)換成時(shí)間差，依據(jù)C=△D/△T求得光速值。
LM2000C 光速測量儀(光拍法)
采用高頻聲光器件，利用聲光頻移效應(yīng)產(chǎn)生150MHz的拍頻波，移動(dòng)反光鏡，用示波器測量近程光與遠(yuǎn)程光的相位差求得拍頻波的波長，進(jìn)而測得光的傳播速度，即“光拍法”。
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