驻波法测声速四

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四、实验内容
一、驻波法测声速
(1) 将信号源测试方法设置到连续波方式，设定最佳工作频率为 f 。 (2) 将示波器调到合适工作方式, 观察示波器，找到接收波形的最大值。 转动声速仪距离调节鼓轮，这时波形的幅度会发生变化,记录幅度为最大时的 距离Li；再向前或者向后沿一个方向移动接收器的位置，当接收波形幅度由大 变小，再由小变大，且达到最大时，记录此时的距离 Li＋1.
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三、实验原理 ④超声波与压电陶瓷换能器
压 电 陶 瓷 换 能 器
Hale Waihona Puke Baidu
电压
声压
声压
电压
超声波
接收信号
前者电转换为声逆压电效应， 后者声转换为电正压电效应
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三、实验原理 ⑤波长测量方法
一、共振干涉法（驻波法）测量声速 两个压电陶瓷换能器发射头（电声转换） 和接收头（声电转换），面对面平行放置， 其端面间距为L。 当 L n / 2 时，两端面产生共振，形成驻波。 此时波节处声压最大，转换后电压信号最强。 示波器观察到信号振幅达到极大。 移动接收端，可在示波器上看到信号振幅由大 到小呈周期变化。因此，测得两个相邻极大值 接收端位置之差，即可得到声波波长。
波长
2 Li 1 Li
。
接收器的位置由主尺刻度、手轮的位置决定。手轮与丝杆相连上分为100分格， 每转一周，接收器平移1mm，故手每一小格为0.01mm，可估到0.001mm。
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四、实验内容
一、驻波法测声速
（3）连续移动接收器的位置，观测示波器相继出现的极大值，依次在表2中记录游标 尺的相应值，用逐差法处理数据。 （4）根据
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三、实验原理 ②声波的大小
声音在空气中的传播速度与自身频率无关，比如牛 的叫声与蚊子的嗡嗡声，传播速度相同。 声音在空气中的传播速度只取决于空气本身的性质， 理论上
v v0 T t T v0 0 T0 T0
式中 v0 331.5m / s 是标准状态下干燥空气中的声速， T0 273.15K为测量时的室温。 为绝对温度， t
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四、实验内容
（2）改变S1和S2之间的距离 • 选择示波器屏上呈现出最大电压波形幅度时的位置， • 再微调信号频率，如此重复调整，再次测定工作频率， • 共测10次，将数据填入表1并求平均值。
次 数 1 2 3 4 5 6 7 8 9
实验准备
10
平均 值
频 率
12
L Ln1 Ln / 2, 2L
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三、实验原理 ⑤波长测量方法
二、相位法测量声速原理 接收端与发射端之间形成声波场。声波 场任意点（如接收端）的振动位相是随 时间变化的，但该点与发射端之间的位 相差不随时间变化，其位相差为 L 2 由于两振动频率相同，可将接收端和发 射端两信号分别输入示波器两个通道， 进行X、Y轴方向振动合成，当图形为 直线时，测出接收端位置，从而可求出 声波的波长。 L
v f ，求出声速。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
测量次数 频率f（Hz） S2位置L（mm）
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四、实验内容
二、相位比较法（李萨如图形）测量波长 （1）将信号源测试方法设置到连续波方式，设定最佳工作频率为 。
（2）首先，置示波器于双踪显示功能，观察发射和接收信号波形，转动 距离调节鼓轮，至接收信号幅度达最大值时的位置。调节示波器CH1、 CH2衰减灵敏度旋钮、信号源发射强度、接收增益，令两波形幅度几乎 相等，观察两波形曲线间的关系。 （3）然后，置示波器于X－Y功能方式，这时观察到的李萨如图形为一斜 线，否则可微调声速仪的鼓轮实施之，记录下此时的距离Li。
实验准备
图4-3- 1 实验装置接线图
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四、实验内容
2、测定压电陶瓷换能器系统的最佳工作点
（1）超声换能器工作状态的调节

实验准备
在100mV～500mV之间调节声速测试仪信号源输出电压， 在25～45kHz之间调节信号频率， 通过示波器观察频率调整时接收波的电压幅度变化，在某一频率点处（ 34~40kHz之间）电压幅度最大，同时声速测试仪信号源的信号指示灯亮， 此频率即是压电换能器S1、 S2相匹配的频率点，记录频率 f。
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四、实验内容
实验准备
S1作为声波发射器，它把电信号转化为声波信号向空间发射。S2是信号接收器，它把 接收到的声波信号转化为电信号供观察其中S1是固定的，而S2可以左右移动。
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四、实验内容
1、声速测试仪系统的连接与调试
通电后预热15min.，信号源自动工作在连续波方式 声速测试仪和信号源及双通道示波器之间的连接如图所示。
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三、实验原理 ③本实验所用声速公式
由波动力学原理，可知
vf
其中， 相邻疏部（或者密部）之间距离， f 为波的频率。频率可以由测 定信号振动频率获得，波长 可以分别用驻波法和位相法测量。 超声波具有波长短、易于定向发射，而且可以有效避免其它各种声音的干扰， 测量精度高的优点，因此本实验采用超声波。
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声速的测量
一、实验目的
①学会测量超声波在空气中的传播速度的方法。
② 加深对驻波和振动合成等理论知识的理解。
③用相位比较法和共振干涉法测量空气中的声速。
④了解压电换能器的功能和培养综合使用仪器的能
力。
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二、实验仪器
声速测量仪、示波器、多功能信号发生器、接线等。
可移动 超声波接收头
固定 超声波发射头
标尺
底座 声速测量仪图
刻度 鼓轮
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三、实验原理 ①声波的形成
振动状态在弹性介质中传播形成波，波速完全由介 质的物理性质决定。 声波在空气中的传播，是由于空气的压强在平衡位 置附近的瞬时起伏在空间激发疏密区，这些疏密区向前 传播，从而形成声波。声波是纵波。