利用示波器测声速的研究性报告

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1、北航物理实验研究性报告专题：多普勒效应测声速第一作者：孙龙祥10021072第二作者：王超10021069第三作者：贾霄雷10021068多普勒效应测声速摘要：这次以多普勒效应为原理基础的实验主要基于示波器的测量。示波器是一种用途十分广泛的电子仪器，它能直观、动态地显示电压信号随时间变化的波形，便于人们研究各种电现象的变化过程，并可直接测量信号的幅度、频率以及信号之间相位关系等各种参数。示波器是观察电路实验现象、分析实验中问题、测量实验结果的重要仪器，也是调试、检验、修理和制作各种电子仪表、设备

2、时不可缺少的工具。本实验分别利用模拟示波器与数字示波器对声速进行测量，比较两设备在测量声速准确度以及相关实验的探究。关键词:示波器;多普勒：测声速;数据误差分析。一．实验原理示波器简介模拟示波器它利用电子示波管的特性，将人眼无法直接观察测量的交变电信号转换成图像并显示在荧光屏上以便测量和分析的电子仪器。它主要由4部分组成：阴极射线示波器，扫描、触发系统，放大系统，电源系统。当电子枪被加热发出电子束后，经电场加速、聚焦和偏转系统，打在涂有荧光物质的荧光屏上就形成一个亮点。若电子束在到达荧光屏之前受

3、到两两相互垂直的偏转板间电场的作用，则亮点位置会发生改变，从而显示出各种波形。（1）工作原理模拟示波器的基本工作原理是：被测量信号经轴衰减后送至1放大器，经延迟级后到放大器，信号放大后加到示波管的轴偏转板上，如图1.1所示。若轴所加信号为图1.1.2（a）所示的正弦信号，输入开关切换到“外”输入，且轴没有输入信号，则光点在荧光屏竖直方向上按正弦规律上下运动，随着轴方向信号频率的提高，由于视觉暂留或荧光屏余辉等原因，在荧光屏上显示出一条竖直扫描线；同理，如在轴所加信号为图1.1.2（b）所示到达锯

4、齿波信号，且轴没有输入信号，则光点在荧光屏水平方向上先由左向右均匀运动，到达右端后立即返回左端，再从左向右重复上述过程，每完成一个循环称为一次扫描。随着轴方向信号频率的提高，在荧光屏上显示出一条水平扫描线。轴的作用是使用扫描波形有一定辉度（亮度），对于某些具有轴外输入的示波器，则可通过轴的输入信号，动态调节不同扫描时刻的波形的亮度，实现类似于电视图像的显示效果。图1.1.2（a）图1.1.2（b）（2）模拟示波器的特点模拟示波器的主要特点是：①波形显示快速，实时显示；②波形连续真实，垂直分辨率高

5、；③捕获率高；④有对聚焦和亮度的控制，可调节出锐利和清晰的显示结果。模拟示波器的不足之处是：①无储存功能；②仅有边沿触发；③无自动参数测量功能，只能进行手动测量，所以准确度不够高；④由于的余辉时间很短，所以难以显示频率很低的信号；⑤难以观察非重复性信号和瞬变信号。数字示波器数字示波器是通过对被测量模拟信号进行摸/数转换，再以数字或模拟信号方式进行显示的一种数据测量和分析装置，它不但可以观测和分析各种重复信号，还可以捕获各种非重复信号，包括单次触发信号等。数字示波器一般还具有数据存储和计算功能，可

6、以对测量到的数据进行分析计算，并将计算结果显示在屏幕上，或将数据和波形导出到计算机或外接存储器中。（1）结构和工作原理数字示波器一微处理器为主控单元，核心部件包括前置放大电路和转换单元、数据存储器以及显示单元和人机接口单元等。对于采用液晶显示方式的数字示波器，在微处理器的控制下，从数据存储器读取数据并经判别和处理后，按一定方式直接在液晶屏上显示波形；而对于采用显示的数字示波器，则输出数据还需经数/模转换后才能在荧光屏上显示。数字示波器的工作原理是：在时基电路控制下，对输入信号按一定时间间隔采样，

7、通过转换器量化后，对这些瞬时值或采样值进行变换，以二进制码的形式，将波形数据在快速存储器中存储，经触发功能电路进行条件判定、触发，结束采集·过程，再以数字或模拟方式进行显示，重现波形。在数字示波器中，转换器是关键部件，它的位数和采集速率不仅决定了数字示波器的最大采样速率以及分辨率，同时也能对其幅值的测量精度带来影响。与模拟示波器不同的是，数字示波器采用了晶体振荡器来控制时基电路，使其能够具备更高的时间测量准确度。（2）数字示波器的特点由于采用了转换和数据存储技术，故数字存储示波器可以克服传统模拟

8、示波器无法完成对单次信号和低重复频率信号进行测试的缺点，配合其灵活而强大的触发功能，不仅可以观测触发点后信号变化的情况，还可以获得触发点之前的信息，非常适合用于单次信号的观测分析。与模拟示波器相比，其突出优点还包括测量精度高，可以采集到的数据进行各种数学分析和处理，如有效值计算，频谱分析等；另外，量程自动调整，测量结果直接数学方式显示，波形和数据可直接导出到计算机、打印机或外接存储器等功能，也是普通模拟示波器所不具备的。尽管数字示波器具有许多突出的优点，但其工作原理决定了其也不足之处，如信号输入