人們是怎么測量出聲速和光速的，用什么儀器，什么時候

**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,提高了測量時讀數(shù)的準(zhǔn)確度.由于計算技術(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控制的自動測量代替逐點測量,使許多需要事后計算的聲學(xué)測量和分析工作可以用微計算機實時運算.

以微處理機為中心的測量儀器,不但實現(xiàn)了小型化、多功能,而且由于采用了快速博里葉換算法,從而實現(xiàn)了實時分析.同時也出現(xiàn)了一帶賀些新的聲學(xué)測量和分析方法,例如實時頻譜分析,聲強測量,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記錄；從而可以測量各種不同頻率、不同強度和波形的聲波,擴展了聲學(xué)的研究范圍,促進了近代聲學(xué)的發(fā)展.可以期望,計算技術(shù)和大規(guī)模集成電路的發(fā)展,微計算機和微處理機在聲學(xué)工作中的應(yīng)用,必將促使近代聲學(xué)進一步發(fā)展.

傳統(tǒng)方法

方法1：一個聲音產(chǎn)生后,并不會立刻傳到你的耳朵,通常要經(jīng)過一段時間.除非你自己有這種經(jīng)驗,否則這是很難理解的.例如：如果你參加一個運動會,坐在離鳴槍的人有一段距離的地方,你會先看到槍冒煙,后聽到槍聲.這是因為光行進的速度非?？?約1秒鐘300000公里),而聲音的速度就慢得多(約1秒種340米).所以你會立刻看到槍冒煙,但聲音要過一會兒之后才會聽到.

于是早期測量聲音的速度是利用槍來做實驗.幫忙的人要拿著槍在一個量好的距離外,另一個人就拿著馬表站在原點.在看到信號之后,幫忙的人就對空鳴槍.在原點的人一看到槍的火花和煙時,就把馬表按下來；而當(dāng)他聽到槍聲時,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間,就是聲音行經(jīng)這一段量好距離所需的時間.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動會的時候試驗一下（利用百米賽跑就可以了）.

為了測量聲音的速度你需要一個馬表和一個皮尺.量一個500公尺的距離,要盡可能量得準(zhǔn)確一點.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）,你則拿一個馬表.當(dāng)你大叫“開始”時,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.時間方面要記錄到十分之一秒.如果能多做幾次實驗,算出時間的平均值是最好的.你只要用計算機把你和你同學(xué)的距離除以時間,就可以算出聲音的速度了.

聲速核查是什么意思

是指對聲速儀器進行檢測和校準(zhǔn)的過程。

聲速核查是指對聲速儀器進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)果會受到環(huán)境、溫度、壓力等因素的影響，所以需要定期對其進行檢測和校準(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，用傳播時間梁中來判定厚度。

音速是介質(zhì)中微弱壓強擾動的傳播速度，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，提高了測量時讀數(shù)的準(zhǔn)確度。由于計算技術(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控制的自動測量代替逐點測量，使許多需要事后計算的聲學(xué)測量和分析工作可以用微計算機實時運算。

以微處理機為中心的測量儀器，不但實現(xiàn)了小型化、多功能，而且由于采用了快速博里葉換算法，從而實現(xiàn)了實時分析。同時也出現(xiàn)了一些新的聲學(xué)測量和分析方法，例如實時頻譜分析，聲強測量，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記錄；從而可以測量各種不同頻率、不同強度和波形的聲波，擴展了聲學(xué)的研究范圍，促進了近代聲學(xué)的發(fā)展?？梢云谕嬎慵夹g(shù)和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，微計算機和微處理機在聲學(xué)工作中的應(yīng)用，必將促使近代聲學(xué)進一步發(fā)展。

傳統(tǒng)方法

方法1：一個聲音產(chǎn)生后，并不會立刻傳到你的耳朵，通常要經(jīng)過一段時間。除埋梁非你自己有這種經(jīng)驗，否則這是很難理解的。例如：如果你參加一個運動會，坐在離鳴槍的人有一段距離的地方，你會先看到槍冒煙，后聽到槍聲。這是因為光行進的速度非?？?約1秒鐘300000公里)，而聲音的速度就慢得多(約1秒種340米)。所以你會立刻看到槍冒煙，但聲音要過一會兒之后才會聽到。?

于是早期測量聲音的速度是利用槍來做實驗。幫忙的人要拿著槍在一個量好的距離外，另一個人就拿著馬表站在原點。在看到信號之后，幫忙的人就對空鳴槍。在原點的人一看到槍的火花和煙時，就把馬表按下來；而當(dāng)他聽到槍聲時，就再按一次馬表讓馬表停下來?？吹交鸹ê吐牭綐屄曋g的時間，就是聲音行經(jīng)這一段量好距離所需的時間。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動會的時候試驗一下（利用百米賽跑就可以了）.

為了測量聲音的速度你需要一個馬表和一個皮尺。量一個500公尺的距離，要盡可能量得準(zhǔn)確一點。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），你則拿一個馬表。當(dāng)你大叫“開始”時，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。時間方面要記錄到十分之一秒。如果能多做幾次實驗，算出時間的平均值是最好的。?你只要用計算機把你和你同學(xué)的距離除以時間，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）有時看到一個人面對大山大喊一聲，可以聽到三個、四個甚至五個回聲嗎？

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來回，你只要把上面說的你跟高墻的距離除以測得的時間的一半，這聲音的速度也就出來了（這里要注意的是因為人能分辨出自己的回聲的時間間隔要超過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（兩個波的形狀一大一小便于區(qū)分），每個反射波與相應(yīng)的發(fā)射波之間的滯后的時間可經(jīng)電腦的處理輸出，即能直接從電腦上讀出一個超聲波發(fā)射后遇到障礙物返回來的時間間隔，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 、振動頻率f和波長λ之間的基本關(guān)系，即實驗時用結(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驗的關(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，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)兩個換能器之間的距離等于半波長的整數(shù)倍時發(fā)生共振，產(chǎn)生共振駐波現(xiàn)象，波幅達到極大。由縱波的性質(zhì)可以證明，振動位移處于波節(jié)時，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。聲壓變化和接收器位置的關(guān)系可從實驗中測出，當(dāng)接收器端面移動到某個共振位置時，示波器上會出現(xiàn)最強的電信號，如果繼續(xù)移動接收器，將再次出現(xiàn)最強的電信號，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，其振動狀態(tài)相同，或者說其相位差為2π的整數(shù)倍時兩點間的距離應(yīng)等于波長λ的整數(shù)倍，利用這個公式可測量波長。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，其端面上各點都具有相同的相位。沿傳播方向移動接收器時，總可以找到一個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，同時沿傳播方向移動接收器尋找同相點。也可以利用利薩如圖形尋找同相時橢圓退化為斜直線的點。

**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，令第一個人先打開他的燈，同時開始計時；第二個人見到第一個人的燈亮?xí)r，立刻打開自己的燈；當(dāng)?shù)谝粋€人看見第二個人的燈亮?xí)r，停止計時，這樣測出光從第一個人到第二個人再返回所用的時間，再測出兩地的距離，就可以計算出光的速度。從原理上講，伽利略的方法是對的，但是實驗失敗了。這是因為光速很大，1／7秒能繞地球一周多，靠當(dāng)時的條件在地球上用通常測聲速的方法測光速是難以實現(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。

木星是一個周期為12年的太陽行星，它有11個衛(wèi)星——木星的月亮，其中4個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，在這個系統(tǒng)里，木星的衛(wèi)星蝕，一方面作為一個信號供地球上人來觀察，同時，此衛(wèi)星蝕的周期過程又是一個準(zhǔn)確的時鐘，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間），則每隔42小時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)星相鄰蝕之間的時間間隔是變化的。顯然這個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間，則后一次蝕一般地并不剛好發(fā)生在所推算的時間。例如當(dāng)?shù)厍蛟诮?jīng)過E1之后約三個月行至E2處，實際看到蝕的時間較推算出的時間延遲了約10分鐘。這是因為當(dāng)?shù)厍蛟谧髯訣1向E2而達E3的運動時，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地球。經(jīng)過由E1到E2的三個月，所有相鄰蝕的時間延遲的總和約為10分鐘。當(dāng)?shù)厍蚶^續(xù)由E2經(jīng)過E4而向E5運動時，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間約為11分鐘。在羅默的時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，算得光速c＝215000千米／秒。

在地球上較短的距離內(nèi)用實驗的方法測出光速是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，那么在光從齒間到達M再反射回齒間的時間Δt內(nèi)，齒輪將轉(zhuǎn)過一個角度。如果這時齒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。但如果這時齒輪恰好轉(zhuǎn)到下一個齒間空隙，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)過一個齒的時間Δt，再測出M、N間的距離，就可以算出光速。菲索當(dāng)時測得空氣中的光速：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，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行實驗，精確地測得光速：c＝299796±4千米／秒。非常接近1975年第15屆國際計量大會決議采用的光速值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屆國際計量大會決議，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的增強型）(相位法) ? 對激光光束直接進行100MHz的高頻調(diào)制，移動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)路中的一個參量，用頻率計測量近程光與遠(yuǎn)程光的頻率差，并轉(zhuǎn)換成時間差，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，進而測得光的傳播速度，即“光拍法”。