一种直观演示超声波传感器工作频率的方法

钱志龙 马 颖 雷 畅 董建斌

（广州大学，广东 广州 510006）

1 引言

超声波在空气中传播速度的测量是大学物理实验中的一个基本项目［1］，一般测量的是36～38kHz的超声波在空气中的传播速度，实验采用超声波传感器，用电磁信号激励产生超声波，使用的是驻波共振法和相位比较法.实验中，有一个关键步骤是找出超声波换能器（也称为超声波传感器）的工作频率.

本文给出的基于光杠杆原理演示超声波传感器工作频率的方法，不需要专门的测量仪器，简易直观，可以作为大学物理实验的拓展内容，提高学生综合实验的能力.

2 光杠杆法原理

用光杠杆法测量微小距离，也是大学物理实验中的一个基本内容，其原理如下［2］：

如图1所示，设平面镜的法线和望远镜的光轴在同一直线上，且望远镜光轴和刻度尺平面垂直，刻度尺上某一刻度发出的光线经平面镜反射进入望远镜，可在望远镜中十字叉丝处读下该刻度的像，设为a0，若光杠杆后足下移ΔL，即平面镜绕两前足转过角度θ时，平面镜法线也将转过角度θ，根据反射定律，反射线转过的角度应为2θ，此时望远镜十字叉丝应对准刻度尺上另一刻度的像，设为am.

因为ΔL很小，且ΔL≪b，θ也很小，故有

图1 光杠杆装置原理图

因am-a0≪D，故有

联立两式，消去θ，有

式中，b为光杠杆后足尖到两前足尖连线的垂直距离，用米尺测出；D为光杠杆平面镜到望远镜标尺之间的垂直距离，用钢卷尺测出；Δa＝am-a0为光杠杆后足下移前后刻度尺在平面镜中的像移动……