次声波发生器制作

次声波发生器制作

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目录

次声发生器的概述

第一节次声

次声的概念

次声是频率低于可听声频率范围的声波，它的频率范围大致为～20Hz。人的耳朵听不见次声。次声在大气中传播时，由于其频率很低，所以大气对次声波的吸收系数很小（吸收系数与频率的二次方成正比），因此能传播很远的距离。次声广泛存在于自然界和工业生产、交通运输、日常生活等环境中。自然界的次声主要由风的波动、空气湍流、火山喷发、海浪拍击、地震、风暴等引起。核爆炸、其他方面的大爆炸、火箭的发射等也产生人为的次声。高空风、地面风、温度、湿度、环境噪声对传播特性会有影响。

通过研究自然现象产生的次声波的特性和产生机制，可以更深入地认识这些现象的特性和规律。例如人们利用测定极光产生次声波的特性来研究极光活动的规律等。利用接收到的被测声源所辐射出的次声波，探测它的位置、大小和其他特性，例如通过接收核爆炸、火箭发射火炮或台风所产生的次声波去探测这些次声源的有关参量。许多灾害性现象如火山喷发、龙卷风和雷暴等在发生前可能会辐射出次声波，因此有可能利用这些前兆现象预测灾害事件。

次声的危害

次声波具有较大的破坏性。高空大气湍流产生的次声波能折断万吨巨轮上的桅杆，能将飞机撕得四分五裂；地震或核爆炸所激发的次声波能将高大的建筑物摧毁；海啸带来的次声波可将岸上的房屋毁坏。

次声的频率与人体器官的固有频率相近(人体各器官的固有频率为3～17Hz，头部的固有频率为8～12Hz，腹部内脏的固有频率为4～6Hz)，当次声波作用于人体时，人体器官容易发生共振，引起人体功能失调或损坏，血压升高，全身不适；头脑的平衡功能亦会遭到破坏，人因此会产生旋转感、恶心难受。许多住在高层建筑上的人在有暴风时会感到头晕恶心，这就是次声波作怪的缘故。如果次声波的功率很强，人体受其影响后，便会呕吐不

止、呼吸困难、肌肉痉挛、神经错乱、失去知觉，甚至内脏血管破裂而丧命。

次声的应用

次声波具有很大的危害，但同时人们也可以对次声特有的性质加以利用。次声的应用主要体现在以下几个方面[4]：

1、研究自然次声的特性和产生机制，预测自然灾害性事件。例如台风和海浪摩擦产生的次声波，由于它的传播速度远快于台风移动速度，因此，人们利用一种叫“水母耳”的仪器，监测风暴发出的次声波，即可在风暴到来之前发出警报。利用类似方法，也可预报火山爆发、雷暴等自然灾害。

2、通过测定自然或人工产生的次声在大气中传播的特性，可探测某些大规模气象过程的性质和规律。如沙尘暴、龙卷风及大气中电磁波的扰动等。

3、目前许多研究者进行的声波除灰(除渣)，由于其频率较低，有的频率在次声频段内，称之为次声除灰。

4、次声在军事上的应用，利用次声的强穿透性制造出能穿透坦克、装甲车的武器，次声武器一般只伤害人员，不会造成环境污染。

5、通过测定人和其他生物的某些器官发出的微弱次声的特性，可以了解人体或其他生物相应器官的活动情况。例如人们研制出的“次声波诊疗仪”可以检查人体器官工作是否正常。

6、利用次声的物理特性，让次声作用于人体，以达到治疗的作用。已有研究者报道，由于次声的频率低，传播中几乎无衰减，因此能在人体内很好的传播，穿透病态组织，使病态组织内闭塞的血管重新开放，并推动其血液流动，改善病态组织内的血液循环，为氧气、吞噬细胞、免疫球蛋白等物质向病变组织输送创造了有利条件。

第二节次声发生器

一、次声发生器概念

次声发生器简单的说，就是一种能够发出次声波的装置[5]。并且为了方便研究，还必须能够方便的调节所产生的次声的频率[6]。图为一种次声波发器，此次声波发生器，由电动机、压圈、换能腔壳体、喷嘴和门等组成。利用气流载波的方法获得了比当前国际上的同类技术更高的声压级和更大功率

的声波，不仅极便于现用锅炉的改装，而且可作为新型锅炉的重要组成。可用于清除锅炉燃烧室和烟道内的各种热交换器表面上的积灰和结渣。

图次声波发生器

本文所研究的次声发生器，就是一种利用单片机编程可以调节频率的次声的装置。因为发出的声波的频率必须在次声范围内，由于次声的频率范围比较窄，所以就要求次声发生器所产生的声波频率精度要高。

二、次声发生器的研究动态

关于国内外对次声发生装置的研究，可以按照次声波产生的方式分类，大致可分为以下五种[7]：

1、气爆式产生次声

将压缩空气、高压蒸汽或高压燃气有控制地以脉冲方式突然放出，利用高速排出的气体激发周围媒质的低频振动，形成所需的次声波。这种次声装置因体积小、频率低、易控制，近年发展较快。但其次声波强度较低，若作为次声武器使用，需近距离使用才有效。

2、爆炸式产生次声

利用爆炸产生强次声波，也可称为次声弹。爆炸所释放的能量约50%形成冲击波，冲击波衰减后又产生次声波。目前的新型次声弹是将已有的燃料空气弹加以改进，使原来只能形成一个云雾团变成可以形成若干云雾团，并能连续多次引爆。只要控制好云雾团的数量和起爆时间间隔，就能获得所需频率的次声波。

3、管子式产生次声

其构造和工作原理很像乐器中的笛子，当管子中空气柱的振动与管子本身固有频率相同时，就可产生较强的次声波。在管子一端装上一个活塞，用电动机驱动或用气流激励，当振动频率的1/4波长与管子长度相等时，可获得最强的次声波。但要产生次声波，管子必须足够长。

4、扬声器式产生次声

其工作原理与扬声器相似。采用特殊的振动膜片，膜片振动可产生一定频率的次声波。但要产生一定强度的次声波，除要求较高的振幅外，还必须使振动膜面积足够大，其周长大致要与次声波波长相当。

5、频率差拍式产生次声

是采用两个不同频率的声波发生器同时工作，利用它们频率的相差来获得需要的低频次声波。其中有一种方法是利用压电晶体产生两束频率，两者作用产生高频和低频声波，高频声波是两者频率之和，低频声波是两者频率之差，高频声波在空气中很快衰减，低频声波(次声波)则直达目标。这种方式能量转换率高，并可制成小型武器。

第三节本章小结

本章主要介绍了次声的概念、危害和对次声的应用，然后介绍了目前国内外次声发声装置的发展状况，为我们怎样学习次声和在后面对其进行研究提供了强有力的依据。

系统设计方案

前一章我们介绍了设计次声发生器有很多种方案，但是并不是所有的实验室都能实现，要在实验室能够设计出来，我们提出两种方案，第一种是电子式次声发生器，这种方案是先通过MATLAB编程输出一个正弦信号，再将这个正弦信号转变成声卡能识别的一个WAVE信号，通过声卡的D/A转换把这个WAVE信号变成模拟信号，然后接到音响播放出来。第二种方案是基于STC89C52单片机的次声发生器，这种方案中先设计各个硬件模块，通过单片机编程输出一个数字信号，然后通过一个D/A转换器，将数字信号转换成模拟信号，最后接到示波器，在示波器上对波形进行观察调试。下面我们对这两种方案进行讲解。