关于声干涉仪介绍

[拼音]：shenggansheyi

[外文]：acoustic interferometer

利用驻波原理精确测量声波在媒质中的传播速度的仪器。它也能用来测量媒质中的声衰减系数，但准确度不高。它有变程干涉仪和定程干涉仪两种基本类型。

变程干涉仪（见彩图）的发展较早，20世纪20年代就已出现，适用于流体媒质中测量。它主要由辐射压电晶片(见压电性)和一块可移动的刚性反射板组成，两者严格平行，中间充满待测流体媒质，两者距离可以精密地调节，如图1所示。为了避免温度、静压等因素对声速的影响，根据要求的测量准确度，还须采用恒温装置甚至恒压措施。晶片被激发后向媒质发射平面超声波，经反射板反射，使得晶片和反射板间发生声波的干涉而形成驻波。这时晶片的辐射阻抗随晶片和反射板间的距离而周期地变化。改变这两者间的距离时，就可发现晶片的电参量（电流或端电压）将随距离周期性变化，在一系列特定距离上相间出现一系列极大值和极小值，图2表示电流对距离的关系。根据驻波原理，相邻两次极大值（或极小值）之间所移动的距离就等于声波的半个波长。精确测定从某一极大（小）值开始，到达其后出现n个极大(小)值时反射板所移动的总距离L，就可求得声波的波长λ＝2L/n，再利用精确测定的声波频率值 f，就可求得媒质的声速

c＝λf＝2Lf/n。

因为频率的测量准确度可以极高，所以变程干涉仪测量声速的准确度主要限于长度测量的准确度，目前最高约达10-4～10-5的准确度。在上述变程干涉仪的基础上， 曾有过多种改进，例如，用一接收晶片代替反射板，并且利用接受晶片输出电压的极值来进行测量，就是所谓双晶片干涉仪，适用于测量衰减较大的媒质。变程干涉仪不适用于固体媒质，因而在20世纪30年代末期又出现了定程干涉仪。

定程干涉仪把辐射晶片和反射板（或接收晶片）间的距离保持为固定值d，而连续调变发射声波的频率。这时可发现晶片的电参量将在一系列特定频率上相继出现极大值和极小值。图3表示用接收晶片充当反射板时测得的接收电压同频率的关系曲线，根据相邻两个共振频率之差Δf可求得声速

с＝2dΔf。定程干涉仪测量声速绝对值的准确度同样限于长度的测量准确度，也仅为10-4～10-5的数量级。但因d为常数，测量声速变化的准确度却只受频率测量准确度的限制，故可大为提高，达10-7的数量级。用共振曲线的形状还可求得媒质在频率f时的声衰减系数为α＝πf/Qс，式中Q为这时共振曲线的品质因素，但测量准确度也不高。定程干涉仪的原理可用于固体媒质，把辐射晶片贴在固体试样的一个端面，另一端面任其自由或贴上接收晶片就可实现测量，但应考虑所贴晶片对共振频率的贡献而加以修正，故计算公式将较复杂。

一般的变程干涉仪和定程干涉仪都有声衰减测量准确度不高和测量费时的缺点。为了提高声衰减测量准确度，出现了所谓脉冲干涉仪，它发射的是连续波和脉冲波列的组合，仍用干涉原理测量声速，同时用脉冲波列的方法来获得较高准确度的声衰减测量。此外，由于近年来电子技术的发展，已使许多新设计的声干涉仪实现了声速和声衰减的自动测量。

参考书目

1. 别尔格曼著，曹大文等译：《超声》，国防工业出版社，北京，1964。
2. W.P.Mason， ed.，Physical Acoustics， Vol.8，Chap.3，Academic Press， New York， 1971.同济大学声学研究室编：《超声工业测量技术》，上海人民出版社，上海，1977。