5.超声波传播速度的测量
超声波传播速度的测量
超声波在固体中传播速度的测量在固体中传播的声波是很复杂的,它包括纵波、横波、扭转波、弯曲波、表面波等,而且各种声速都与固体棒的形状有关,金属棒一般为各向异性结晶体,沿任何方向可有三种波传播。
【实验目的】1、学会用时差法测定超声波在固体中的传输速度。
2、学会用逐差法处理实验数据。
3、熟悉数字示波器等仪器的使用。
【实验原理】时差法测量原理:在实际工程中,时差法测量声速得到广泛的应用。
时差法测试声速的基本原理是基于速度V=距离S/时间T,通过在已知的距离内计测声波传播的时间;从而计算出声波的传播速度,在一定的距离之间由控制电路定时发出一个声脉冲波,经过一段距离的传播后到达接收换能器。
接收到的信号经放大,滤波后由高精度计时电路求出声波从发出到接收这个在介质传播中经过的时间,从而计算出在某一介质中的传播速度。
只因为不用目测的方法,而由仪器本身来计测,所以其测量精度相对于前面两种方法要高。
同样在液体中传播时,由于只检测首先到达的声波的时间,而与其它回波无关,这样回波的影响比较小,因此测量的结果较为准确,所以工程中往往采用时差法来测量。
连续波经脉冲调制后由发射换能器发射至被测介质中,声波在介质中传播,经过t时间后,到达L距离处的接收换能器。
由运动定律可知,声波在介质中传播的速度可由以下公式求出:速度V=距离L/时间t。
通过测量二换能器发射接收平面之间距离L和时间t ,就可以计算出当前介质下的声波传播速度。
图5-5 发射波与接收波【仪器与器材】SVX-7声速测试仪信号源、SV-DH-7A型测试架、数字示波器、材料样品(有机玻璃棒、铝棒等)【实验内容与步骤】1、时差法测量超声波在固体中传播速度步骤图5-6 时差法测量超声波在固体中传播速度接线图(1)按图5-6接线,将测试方法设置到脉冲波方式将,接收增益调到适当位置(一般为最大位置),以计时器不跳字为好。
(2)将发射换能器发射端面朝上竖立放置于托盘上,在换能器端面和固体棒的端面上涂上适量的耦合剂,再把固体棒放在发射面上,使其紧密接触并对准,然后将接收换能器接收端面放置于固体棒的上端面上并对准,利用接收换能器的自重与固体棒端面接触。
测量声速可以采用哪几种方法
测量声速可以采用哪几种方法
测量声速可以采用以下几种方法:
1. 直接测量法:通过在已知距离上进行声波传播的时间测量来计算声速。
这可以通过发送一个声波脉冲,并使用计时器来测量声波传播的时间来实现。
2. 声波干涉法:利用声波传播时产生的干涉现象来测量声速。
这可以通过发送两个或多个声波脉冲,观察干涉图案并测量干涉条纹的移动速度来实现。
3. 声波共振法:利用共振现象来测量声速。
这可以通过在管道内产生声波,并调节频率直到管道共振的状态,然后测量共振频率来实现。
4. 超声波测量法:利用超声波在介质中传播的特性来测量声速。
这可以通过发送超声波脉冲,并测量其在介质中传播的时间来实现。
5. 光学测量法:采用光学技术测量介质中声波传播的速度。
这可以通过使用激光干涉仪或其他光学仪器来实现。
总的来说,不同的测量方法适用于不同的场景和需求。
选用合适的方法可以提高测量的准确性和可靠性。
超声波速度测量实验
超声波速度测量实验一、引言超声波技术在当今的科学研究和工程领域中起着重要作用。
超声波的传播速度对于材料的性质、结构以及实验数据的准确性都具有重要意义。
本文将介绍基于超声波技术进行速度测量的实验原理、方法以及实验步骤。
二、实验原理超声波是指频率高于人类听觉范围的声波,其传播速度取决于介质的密度和弹性模量。
在传统声速测量中,通常采用测量声波在固体或液体介质中的传播时间来计算其速度。
实验中将使用超声波传感器通过发送超声波脉冲并记录其接收信号来测量介质中超声波的传播时间,从而计算得到超声波的速度。
三、实验装置•超声波发射器和接收器•示波器•数字计时器•介质样品四、实验步骤1.将超声波发射器和接收器分别固定在待测介质样品的两端。
2.设置超声波发射器发送脉冲信号,记录示波器上的信号波形并测量其发送时间。
3.等待接收到超声波信号后,记录示波器上的接收信号波形,并测量其接收时间。
4.计算超声波在介质中的传播时间差Δt。
5.根据实验测得的时间数据,利用公式计算出超声波在介质中的传播速度。
五、实验结果与分析实验结果显示,不同介质中超声波的传播速度存在差异,这与介质的密度和弹性模量密切相关。
通过实验数据的分析,可以进一步探讨介质性质与超声波传播速度之间的关系,并验证理论模型的准确性。
六、结论通过本实验,我们成功利用超声波技朶实验测定了介质中超声波的传播速度。
超声波速度测量实验具有重要科学意义和应用价值,可用于材料性质、结构分析以及实验数据处理。
希望本文的介绍能为读者提供有益信息,促进相关领域的研究和实践。
超声波测车速物理题解法
超声波测车速物理题解法
超声波测车速是一种常见的测速方法,它基于超声波在空气中传播的原理。
通过测量超声波在车辆前后位置之间传播的时间差,可以计算出车辆的速度。
解法如下:
1. 确定超声波的发射器和接收器的位置。
通常情况下,超声波的发射器放置在测速设备的前方,接收器放置在后方。
2. 发射器发射超声波,超声波在空气中以固定的速度传播。
设超声波的传播速度为v。
3. 车辆经过发射器后,接收器开始接收超声波。
测速设备记录下超声波从发射器到接收器的传播时间t1。
4. 当车辆完全经过接收器后,接收器停止接收超声波。
测速设备记录下超声波从接收器到发射器的传播时间t2。
5. 根据超声波传播的速度和时间差 t2 - t1,可以计算出车辆的速度。
具体计算方法如下:
车辆的速度v = 超声波的传播速度 * 时间差
例如,如果超声波的传播速度为340米/秒,时间差为0.1秒,
那么车辆的速度为340 * 0.1 = 34米/秒。
需要注意的是,超声波测速的精度受到多种因素的影响,如超声波的传播速度、发射器和接收器的位置精度、环境温度等。
在实际应用中,需要综合考虑这些因素以提高测速的准确性。
实验四十超声波波速测量
实验四十 超 声 波 波 速 测 量声波是一种在弹性媒质中传播的纵波。
对超声波(频率超过2×104Hz的声波)传播速度的测量在超声波测距、测量气体温度瞬间变化等方面具有重大意义。
超声波在媒质中的传播速度与媒质的特性及状态因素有关。
因而通过媒质中声速的测定,可以了解媒质的特性或状态变化。
例如,测量氯气(气体)、蔗糖(溶液)的浓度、氯丁橡胶乳液的密度以及输油管中不同油品的分界面等等,这些问题都可以通过测定这些物质中的声速来解决。
可见,声速测定在工业生产上具有一定的实用意义。
同时,通过液体中声速的测量,了解水下声纳技术应用的基本概念。
一 实 验 目 的(1)用共振干涉法和相位比较法测量声速。
(2)了解压电陶瓷换能器的功能。
(3)进一步熟悉示波器的使用。
(4)通过用时差法对多种介质的测量,了解声纳技术的原理及其重要的实用意义。
二 实 验 原 理由波动理论得知,声波的传播速度v 与声波频率和波长f λ之间的关系为λf v =。
所以只要测出声波的频率和波长,就可以求出声速。
其中声波频率可由产生声波的电信号发生器的振荡频率读出,波长则可用共振法...和相位比较法.....进行测量。
时差法可通过测量某一定间隔距离声音传播的时间来测量声波的传播速度。
1.压电陶瓷换能器本实验采用压电陶瓷换能器来实现声压..和电压..之间的转换。
它主要由压电陶瓷环片、轻金属铅(做成喇叭形状,增加辐射面积)和重金属(如铁)组成。
压电陶瓷片由多晶体结构的压电材料锆钛酸铅制成。
在压电陶瓷片的两个底面加上正弦交变电压,它就会按正弦规律发生纵向伸缩,从而发出超声波。
同样压电陶瓷可以在声压的作用下把声波信号转化为电信号。
压电陶瓷换能器在声—电转化过程中信号频率保持不变。
如图1所示,S 1作为声波发射器,它把电信号转化为声波信号向空间发射。
S 2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S 1是固定的,而S 2可以左右移动。
大学物理实验超声波速测量实验报告
大学物理实验超声波速测量实验报告一实验目得1.了解超声波得物理特性及其产生机制;2.学会用相位法测超声波声速并学会用逐差法处理数据;3.测量超声波在介质中得吸收系数及反射面得反射系数;4.并运用超声波检测声场分布。
5.学习超声波产生与接收原理,6.学习用相位法与共振干涉法测量声音在空气中传播速度,并与公认值进行比较。
7.观察与测量声波得双缝干涉与单缝衍射二实验条件HLD-SV-II型声速测量综合实验仪,示波器,信号发生仪三实验原理1、超声波得有关物理知识声波就是一种在气体.液体、固体中传播得弹性波。
声波按频率得高低分为次声波(〈20H z)、声波(20Hz≤≤20kHz)、超声波(>20kHz)与特超声波(≥10MHz),如下图。
声波频谱分布图振荡源在介质中可产生如下形式得震荡波:横波:质点振动方向与传播方向垂直得波,它只能在固体中传播。
纵波:质点振动方向与传播方向一致得波,它能在固体、液体、气体中得传播。
表面波:当材料介质受到交变应力作用时,产生沿介质表面传播得波,介质表面得质点做椭圆得振动,因此表面波只能在固体中传播且随深度得增加衰减很快.板波:在板厚与波长相当得弹性薄板中传播得波,可分为SH波与兰姆波。
超声波由于其波长短、频率高,故它有其独特得特点:绕射现象小,方向性好,能定向传播;能量较高,穿透力强,在传播过程中衰减很小,在水中可以比在空气或固体中以更高得频率传得更远,而且在液体里得衰减与吸收就是比较低得;能在异质界面产生反射、折射与波形转换。
2、理想气体中得声速值声波在理想气体中得传播可认为就是绝热过程,因此传播速度可表示为(1)式中R为气体普适常量(R=8、314J/(mol、k)),就是气体得绝热指数(气体比定压热容与比定容热容之比),为分子量,为气体得热力学温度,若以摄氏温度t计算,则:代入式(1)得,(2)对于空气介质,0℃时得声速=331、45/s .若同时考虑到空气中得蒸汽得影响,校准后声速公式为:(3)式中为蒸汽得分压强,p为大气压强。
测量超声波在空气中的传播速度实验报告
测量超声波在空气中的传播速度实验报告一、实验目的本实验旨在通过测量超声波在空气中的传播速度,了解超声波的特性及其在实际应用中的重要性。
二、实验原理超声波是指频率高于人类能听到的20kHz的机械波。
它具有穿透力强、反射能力弱等特点,在医学、工业等领域有广泛应用。
超声波在介质中传播速度与介质密度和弹性模量有关,而空气是一种低密度、低弹性模量的介质,因此其传播速度较慢。
三、实验器材和药品1. 超声波发生器2. 超声波接收器3. 示波器4. 计时器5. 电源线四、实验步骤及结果分析1. 实验前准备:将超声波发生器和接收器连接至示波器上,并将电源线插入电源插座。
调整示波器至合适的状态。
2. 实验过程:a) 将发生器和接收器分别放置于两个固定距离内(如10cm)。
b) 开启发生器,使其发出一个持续时间为1s的超声波信号。
c) 记录接收器接收到该信号所需的时间t。
d) 将发生器和接收器的距离增加一定值(如5cm),重复以上步骤,直至距离达到一定范围(如50cm)。
3. 结果分析:根据公式v=d/t,计算出每组数据的超声波在空气中的传播速度,并绘制出速度与距离之间的关系图。
实验结果表明,超声波在空气中的传播速度随着距离的增加而减小,且其变化趋势符合理论预期。
五、实验注意事项1. 实验时应保持环境安静,以免干扰实验结果。
2. 实验过程中要注意安全,避免发生意外伤害。
3. 实验结束后要将设备清洁干净,并妥善保管。
六、实验总结本实验通过测量超声波在空气中的传播速度,深入了解了超声波在介质中传播的规律及其在医学、工业等领域中的应用。
同时,在实验过程中也提高了我们的动手能力和科学素养。
超声波速的测量 设计实验报告
Ⅰ.设计方案实验题目:超声波测量液体浓度一、实验任务溶液中声波的传播速度与溶剂的浓度有密切关系,设计一种超声波声速的测量方法,定量研究声速与浓度的关系(变化曲线),最后能够测量出未知溶液的浓度。
二、实验要求精度不低于5%三、实验方案1、物理模型的比较与选择该实验主要是寻找液体浓度与超声波传播速度的关系,在探究关系过程中,液体浓度可以视为已知量,测出各浓度对应的超声波声速,找出关系再完成后续任务。
测量声速有以下模型:1)测量声波传播距离l,和时间间隔t,根据v=l/t计算出声速。
2)测出频率ƒ和波长λ,利用两者关系v=ƒλ计算出声速。
由于超声波具有波长短、易于定向发射、不易被干扰的特点,并且由于其中声波的频率ƒ即驱动电压的频率,可以用频率计直接读出。
这样就把声速的测量转换为波长的测量。
所以选择第二种方法测量声速。
2、实验方法的比较与选择对于模型二有两种测量方法:1)相位法比较法声波从发射端到接收端,有一定的相位差。
当两者距离为l时,相位差为φ=2πl/λ。
连续改变距离l的值,测得相位差2π的两个位置,对应的距离变化就是一个波长λ。
相位差可以根据两个互相垂直的简谐振动合成所得到的利萨如图形来测定。
将输入声波发射端的信号接入示波器的x输入端,将接收信号电压同时接到示波器的y输入端,由于两端信号频率完全一致,因而得到如图1-1所示简单图形。
当初始时图形如a图,当接收端移动距离Δl为半波长时,图形变化如图b,当接收端移动距离为一个波长时,图形变为c。
通过对利萨如图形的观测,就能确定声波的波长。
2)驻波法超声波发射端和接收端固有频率一致,表面互相平行。
发射端接在信号发生器上。
具有一定功率的正弦信号作用在发射端,使之产生受迫震动,并在周围空间激发出超声波,由于发射端端面的直径比波长大很多,可以把激发的超声波近似看成平面波,沿发射端接收端轴线方向传播。
接收端与示波器相连。
入社波在接收端上发生垂直反射,与入射的超声波相干叠加成驻波。
超声波传播速度的测量1
二、实验内容
1.连接声速测定仪,信号源和模拟示波器;
2.调节信号源产生的电信号的频率值,当示波器上波形的幅值最强时,记录相应的频率值,重复
测量5次(该频率值的范围为34 kHz ~40kHz);测量后计算出频率的平均值,并利用平均值来
测量波长;
3.共振干涉法测量波长:旋转声速测定仪上的手轮,每当示波器上波形的幅值最强时,记录相应
i测量方法1 2 3 4 5 6
L/mm驻波法,,i
L/mm相位法,,i
1
福建农林大学物理实验要求及原始数据表格
五、数据处理要求
1.求出超声波的频率、波长以及传播速度的标准表达式;
2.求出室温下声速的理论值,并比较两种方法的误差大小。
【参考公式】
1.求解频率标准表达式的计算过程:
n2ff,,,,in,1仪221;;; ff,,ff,,,,,,,,SS,,,fi仪f仪ffn1nn,3,,1
2
福建农林大学物理实验要求及原始数据表格
3
的刻度值,连续记录6次;
4.相位比较法测量波长;将示波器置于X-Y工作模式以观察李萨如图形,每当示波器上出现斜率
符号相同的直线时,记录相应的刻度值,连续记录6次;
5.记录实验时的室温,以计算室温下声速的理论值。
三、实验注意事项
1.旋转声速测定仪上的手轮时,必须沿着同一个方向旋转,避免产生空程差,并能保证数据是连
续的;但驻波法与相位法之间方向相反是可以的;
2.在求波长时采用的是数据之间的差值(即用逐差法计算波长),因此表2的起点是任意的;但
由于换能器之间距离越远则导致能量损失越大,且干扰增多,因此建议在10~100mm之间完成
实验;
研究超声波传播特性的超声波传播速度测量实验
研究超声波传播特性的超声波传播速度测量实验引言:超声波是一种频率超过人类可听到范围的声波,它在医学、工程和科学领域有着广泛的应用。
超声波传播速度是研究超声波行为的重要参数,对于理解物质的声学性质、医学超声成像和工程应用都至关重要。
本篇文章将详细介绍研究超声波传播速度的实验准备、方法和应用。
一、实验准备:1. 实验材料:- 超声波发生器:用于产生高频率的超声波。
- 超声波接收器:用于接收并测量超声波传播时间。
- 标定块:具有已知声速的材料,用于校准测量设备。
- 壁挂支架:用于固定超声波发生器和接收器。
2. 实验设备设置:- 将超声波发生器和接收器固定在壁挂支架上,使其相对位置稳定。
- 保持超声波发生器和接收器之间的距离不变。
- 确保实验环境没有干扰源,如其他声音、振动和电磁辐射等。
3. 校准测量设备:- 使用已知声速的标定块进行校准。
通过测量标定块的传播时间,校准超声波接收器。
二、实验过程:1. 实验步骤:- 打开超声波发生器,并调节频率和振幅,以产生所需超声波。
- 同时,启动计时器。
- 发出的超声波由发生器发出,然后经过介质传播到接收器。
- 接收器接收到超声波后,回传信号给计时器停止计时。
- 记录传播时间。
2. 测量多次:- 为了提高实验结果的准确性,可以进行多次测量,并计算平均传播时间。
三、实验应用:1. 物质的声学性质研究:- 通过测量超声波传播速度,可以了解物质的密度、弹性模量和介电常数等声学性质。
- 这对于材料工程、地质学和声学研究非常重要,以便选择适合的材料和分析物质性质。
2. 医学超声成像:- 医学超声成像是一种常见的诊断方法,通过测量超声波在人体组织中的传播速度,可以生成图像。
- 通过超声波成像,医生可以检测并诊断多种疾病,如肿瘤、妊娠和心脏病等。
3. 工程应用:- 超声波在工程领域有着广泛的应用,如材料无损检测、流体流速测量和材料质量控制等。
- 通过测量超声波传播速度,可以评估材料的质量、检测缺陷和确定流体流速等参数。
大学物理实验超声波速测量实验报告
大教物理真验超声波速丈量真验报告之阳早格格创做一真验脚段1.相识超声波的物理个性及其爆收体造;2.教会用相位法测超声波声速并教会用逐好法处理数据;3.丈量超声波正在介量中的吸支系数及反射里的反射系数;4.并使用超声波检测声场分散.5.教习超声波爆收战接支本理,6.教习用相位法战共振搞涉法丈量声音正在气氛中传播速度,并与公认值举止比较.7.瞅察战丈量声波的单缝搞涉战单缝衍射二真验条件HLD-SV-II型声速丈量概括真验仪,示波器,旗号爆收仪三真验本理1、超声波的有关物理知识声波是一种正在气体.液体、固体中传播的弹性波.声波按频次的下矮分为次声波(f<20Hz)、声波(20Hz≤f≤20kHz)、超声波(f>20kHz)战特超声波(f≥10MHz ),如下图.声波频谱分散图振荡源正在介量中可爆收如下形式的震荡波:横波:量面振荡目标战传播目标笔曲的波,它只可正在固体中传播.纵波:量面振荡目标战传播目标普遍的波,它能正在固体、液体、气体中的传播.表面波:当资料介量受到接变应力效率时,爆收沿介量表面传播的波,介量表面的量面搞椭圆的振荡,果此表面波只可正在固体中传播且随深度的减少衰减很快.板波:正在板薄与波少相称的弹性薄板中传播的波,可分为SH 波与兰姆波.超声波由于其波少短、频次下,故它有其特殊的个性:绕射局里小,目标性好,能定背传播;能量较下,脱透力强,正在传播历程中衰减很小,正在火中不妨比正在气氛或者固体中以更下的频次传的更近,而且正在液体里的衰减战吸支是比较矮的;能正在同量界里爆收反射、合射战波形变换.2、理念气体中的声速值声波正在理念气体中的传播可认为是绝热历程,果此传播速度可表示为μrRT=V (1)式中R 为气体普适常量(R=8.314J/(mol.k)),γ是气体的绝热指数(气体比定压热容与比定容热容之比),μ为分子量,T 为气体的热力教温度,若以摄氏温度t 估计,则:t T T +=0 K T 15.2730=代进式(1)得,000001V 1)(V T t T t T rRt T rR++⋅+===μμ (2)对付于气氛介量,0℃时的声速0V m /s .若共时思量到气氛中的蒸汽的效率,校准后声速公式为:s m pp T t w /)319.01)(1(45.331V 0++= (3) 式中w p 为蒸汽的分压强,p 为大气压强.3、共振搞涉法设有一从收射源收出的一定频次的仄里声波,通过气氛传播,到达接支器,如果接支里与收射里庄重仄止,进射波即正在接支里上笔曲反射,进射波与反射波相搞涉产死驻波,反射里处为位移的波节.改变接支器与收射源之间的距离l ,正在一系列特定的距离上,媒量中出现宁静的驻波共振局里.此时,l 等于半波少的整数倍,驻波的幅度达到极大;共时,正在接支里上的声压波背也相映天达到极大值.没有易瞅出,正在移动接支器的历程中,相邻二次达到共振所对付应的接支里之间的距离即为半波少.果此,若脆持频次 v 没有变,通过丈量相邻二次接支旗号达到极大值时接支里之间的距离(2/λ),便不妨用λv =V 估计声速.声压变更与接支器位子的关系:4、相位比较法收射波通过传声媒量到达接支器,所以正在共一时刻,收射处的波与接支处的波的相位分歧,其相位好 ϕ可利用示波器的李萨如图形去瞅察.ϕ 战角频次 ω、传播时间 t 之间犹如下关系:共时有:T /2πω=,V ,VT l t ==λ (式中T 为周期),代进上式可供得声速V .λ的决定用如下要领:根据当,...)3,2,1(2/==n n l λ时,得πϕn =.真验时,通过改变收射器与接支器之间的距离,可瞅察到相位的变更.而当相位好改变 π时,相映的距离l 的改变量即为半个波少.为透彻测定波少的值,正在本量的支配中要连绝测多个相位改变π的面的坐标,再用逐好法算出波少λ的值,根据波少战频次值可供出声速.止波法相位好图:5声速丈量及声波的单缝搞涉与单丝衍射由于超声波具备波少短,易于定背收射及抗搞扰等便宜,所以正在超声波段举止声速丈量是比较便当的.本真验用共振搞涉法战相位比较法丈量声音正在气氛中传播的声速;并钻研声波单缝搞涉,单缝衍射及声波的反射局里,将丈量截止与表里估计举止比较,进而对付动摇教的物理顺序战基础观念有更深的明白.6、声波的搞涉战衍射单缝搞涉真验拆置如图1所示.对付于分歧的α角,如果从单缝到接支器的程好是整或者波少的整数倍,便会爆收相少搞涉,果而瞅察到搞涉强度的极大值;当程好是半波少的偶数倍时,搞涉强度有极小值.果此,搞涉强度出现极大值与极小值的条件如下:极大值:λαn d =sin (4) 极小值:λα)21(sin +=n d (5) 式中,n 为整或者整数,d 为二个缝核心位子的距离,λ为声音的波少.图1衍射效力用超声波也不妨瞅察到,采与1个单缝,如图2所示.当去自单缝的一半的辐射与去自另一半的辐射出进半波少偶数倍时,会爆收相消搞涉,果此相消搞涉条件是:λα)21(sin 2+=n a (6) 式中,n =0,±1,±2,……,a 为单缝缝宽,α为接支器离核心位子转过角度.图2三、真验真量(一):声音正在气氛中传播速度丈量1、安排尝试系统的谐振频次按图4将真验拆置接好.正弦波的频次与40KHz,安排接支换能器尽大概近距离,且使示波器上的电源旗号为最大.而后,将二个换能器分启稍大些距离(约5-6cm),使接支换能器输进示波器上的电压旗号为最大.再安排频次,使该旗号真真为该位子极大值.此时旗号源输出频次才最后等于二个换能器的固有频次.正在该频次上,换能器输出较强的超声波.2、正在谐振频次处用共振法战相位法测声速.当测得一声速极大值后,连绝天移动接支端的位子,丈量相继出现20个极大值所相映的各接支里位子L,再用i逐好法供波少值.正在用相位比较法时,将接支器与示波器的Y轴贯串,收射器与示波器X轴贯串,即可利用李萨如图形去瞅察收射波与接支波的相位好,适合安排Y轴战X轴敏捷度,便能赢得比较谦意的李萨如图形.对付于二个共频次互相笔曲的简谐振荡的合成,随着二者之间相位好从0--π变更,其李萨如图形由斜率为正的曲线形成椭圆,再由椭圆变到斜率为背的曲线.记录游标卡尺上读数时,应采用李萨如图形为曲线时所对付应的位子.每移动半个波少,便会沉复出现斜率正背接替的曲线图形.3、本真验温度应透彻小心天丈量(为什么?),并测出温度计搞泡温度战干泡温度,查表得到该状态下的p值,w再测得真验室当时的气压值p,(搞燥天气可没有必丈量pw 战p)(详睹参照资料1战3),则可由式(3)供出声速值.4、将上述二种要领的丈量截止比较,估计相对付偏偏好.选搞真验:(安排性真验)(二)声波的单缝搞涉用图1所示单缝拆置去搞搞涉真验.真验须谦脚公式(4)战公式(5)条件.为了缩小由于二个缝处的衍射所引起的搀纯性.简朴的办法是每个缝宽度均小于1个波少(约8-9mm为一个波少),缝宽仅2-3mm,而二个缝相隔为几个波少,(本量使用单缝间距约为3倍波少).那时,丈量出主极大,次极大战极小值的位子.要瞅察更多极大值战极小值位子,须将牢固螺丝脱掉,搁好后.转化更大角度瞅察到.(三)声波的单缝衍射用图2所示单缝拆置去搞瞅察声波的单缝衍射真验(注意脱掉牢固螺丝必须保存好).体验声波衍射的物理含意.将转化紧固螺丝脱掉(注意螺丝战螺帽没有克没有及掉)搁正在纸盒内.将接支器绕轴心转化,不妨瞅察接支旗号正在分歧角位子时强度的变更,由公式(6)可估算一级极小值的角度.不妨正在谦脚公式(6)的条件下,瞅测到一级极小值.估算一下衍射是可与表里值普遍,转化更大角度时,可瞅测到一级极大值.四、使用注意事项1、仪器与拆置对接的电缆线,没有宜多拆、多接.角度牢固螺丝也没有宜让教死时常脱掉.最好规划是配一套公用“声速丈量概括真验仪”.让教死教习接拆共轴电缆接洽,以及瞅测大角度时单缝搞涉战单缝衍射,并备1个洪量角器.2、数隐游标卡尺使用时,应沉沉移动,移动时速度须缓而匀称.真验中断时,应将数隐部分电源关关.3、挪动变化仪器时,没有克没有及将数隐游标卡尺当脚柄使用.应二脚拿底板挪动变化拆置.4、通常,没有搞真验时,应用防尘罩(或者布)防尘,以预防灰尘加进换能器.五、思索与计划1、声波与光波、微波有何辨别?2、为何正在声波产死驻波时,正在波节位子声压最大,果而接支器输出旗号最大?3、正在什么条件下,声波传播中的压缩与稠密没有是绝热历程?那对付声速丈量截止有何效率?。
用声速测量仪测定超声波在空气中的传播速度超声波测声速实验报告
用声速测量仪测定超声波在空气中的传播速度超声波测声速实验报告用声速测量仪测定超声波在空气中的传播速度【目的要求】1. 进一步熟悉信号发生器和示波器的使用;2. 了解超声波产生和接收的原理,加深对相位概念的理解;3. 用相位法和共振法测定超声波在空气中的传播速度。
【引言】声音是由于声源的振动而产生的,它通过周围弹性媒质的振动向外传播而形成声波(纵波)。
声波的波长、强度、传播速度等是声波的重要性质,其中声速的测量在实际应用中有着十分重要的意义。
声速可以利用它与频率和波长之间的关系( )来测量,其中波长的测量是解决问题的关键。
既然声音是以波的形式传播,就有可能利用驻波法测定其波长,进而确定其波速。
其中共鸣管就是测定声音在空气中传播速度的一种装置。
频率在之间的声波称为超声波,它具有波长短、能定向传播等优点。
超声波在测距、定位、测液体流速、测材料弹性模量以及测量气体温度瞬间变化等方面有着广泛的应用。
本实验还将利用声速测量仪测定超声波在空气中的传播速度,通过本实验可以进一步了解声波在空气中传播速度与气体状态参量的关系以及超声波产生和接收的原理,加深对相位概念的理解等。
【实验原理】声波的传播速度v与声波频率f和波长的关系为:(11.1) 可见,只要测出声波的频率和波长,即可求出声速。
f可由声源的振动频率得到,因此,实验的关键就是如何测定声波波长。
根据超声波的特点,实验中可以采用几种不同的方法测出超声波的波长:1.相位法:波是振动状态的传播,也可以说相位的传播。
沿传播方向上的任何两点,如果其振动状态相同(同相)或者说其相位差为的整数倍,这时两点间的距离应等于波长的整数倍,即:(11.2)利用式(11.2) 可精确地测量波长。
由于发射器发出的是近似于平面波的声波(图11-5),当接收器端面垂直于波的传播方向时,其端面上各点都具有相同的相位。
沿传播方向移动接收器时,总可以找到一个位置使得接收到的信号与发射器激励信号同相。
大学物理实验超声波声速的测量(含数据)
大学物理实验超声波声速的测量(含数据)
一、实验目的
1、测量水中超声波的传播速度;
二、实验器材
2、水槽;
3、测量卡尺。
三、实验原理
超声波声速可以通过测量超声波在介质中传播的时间和距离来确定。
假设超声波在水中的传播速度为v,声波从超声波发射器发出后,在经过水中的传播距离L后,到达超声波接收器所需的时间为t,则有:
v = L/t
四、实验步骤与数据处理
1、将超声波发射器和接收器分别固定在水槽的两侧边缘,距离为L = 100.0 cm。
2、开始实验前,先开启超声波声速测量仪,待其进入正常工作状态后再进行后续步骤。
3、将水箱中的水注满,保证水面平整,不产生涟漪。
4、在超声波声速测量仪屏幕上调节并观察渐进式扫描波形直到找到超声波信号。
然后在屏幕上调节幅度使其在2/3波形范围内。
这个范围内的任何波形变化都可能导致声波时间测量误差。
5、在超声波声速测量仪屏幕上记录观察到的第一个波峰(应为正弦波的正向部分)的位置,这标志着声波的发射时刻。
7、重复实验三次,并将每组实验数据记录在下表中。
实验次数时间t(ms)
1 0.270
2 0.267
3 0.269
8、计算各次实验的平均时间t和超声波速度v:
t = (0.270 ms + 0.267 ms + 0.269 ms) / 3 = 0.269 ms
五、实验结论
本实验测量得到的水中超声波的传播速度为3.72 km/s。
实验结果和实际值(约为1.5 km/s)存在较大的偏差,可能是由于实验误差和水中的水质、温度等因素的影响。
测量超声波在空气中的传播速度
测量超声波在空气中的传播速度【实验目的】1. 学会使用共振干涉法和相位法测定超声波在空气中的传播速度。
2. 学会用逐差法进行数据处理。
3. 了解声速与气体参数的关系。
【实验原理】由于超声波具有波长短,易于定向发射等优点,所以在超声波段进行声速测量是比较方便的。
超声波的发射与接收一般是通过电磁振动与机械振动的相互转换来实现,最常见的是利用压电效应和磁致伸缩效应。
声波在空气中是以纵波传播的,其传播速度v和声源的振动频率f以及波长λ有如下关系:测出声波波长λ和声源的振动频率f就可以由式(1)求出声波的传播速度。
声波频率f可通过频率计测得,本实验的主要任务是测出声波波长λ。
1.共振干涉法实验装置如图图1 共振干涉实验装置图2图中s1和s2为压电晶体换能器,s1作为声波源,它被振荡频率可以调节的低频信号发生器输出的电信号激励后,由于逆压电效应发生受迫振动,并向周围空气定向发出一近似平面声波;s2为超声波接收器,声波传至它的接收面上时,再被反射。
当s1和s2的表面互相平行时,声波就在两个平面间反射,相互干涉。
经数学运算可知,在接收器s2表面,从振动位移来说是波节,从声压来说是波腹;在发射器s1表面,则情况较为复杂,其振幅与两个表面的间距有关,所以其振幅随s1和s2表面的间距L 而变,当∆+=2λnL ,n=0,1,2,3,....,λ≤∆,振幅为极大值,称为共振。
这是接收器s2接收到的声压也是极大值,经接收器转换成的电信号也是极大值(参见图2)。
图中各极大值之间的距离均为λ/2,由于衍射和其他消耗,各极大值幅值随距离增大而逐渐减少。
我们只要测出与各极大值对应的接收器s2的位置,就可以测出波长λ。
若用游标卡尺测出20个极大值的位置,并依次算出每经10个λ/2的距离:210111111λ=-=∆-L L L ,210212212λ=-=∆-L L L ,............................................21010201020λ=-=∆-L L L把等式两边各自相加,得∑∆=-+=101)10(2100i ii Lλ⎪⎭⎫⎝⎛=∑∆=-+101)10(501i i i L λ由低频信号发生器或频率计读得超声波的频率f 后,即可由下式求得声速f i i i L ⨯⎪⎭⎫⎝⎛=∑∆=-+101)10(501ν (2)若测不到20个极大值,则可少测几个。
5.超声波传播速度的测量
超声波传播速度的测量一、实验内容1.用相位比较法测量声速;2.用共振干涉法测量声速;3.通过实验了解作为传感器的压电陶瓷的功能。
二、实验仪器SVX-5型声速测试仪信号源 SV-DH系列声速测试仪实验装置三、预备知识介绍1.声波频率介于20Hz~20kHz的机械波振动在弹性介质中的传播就形成声波,介于20kHz~500MHz的称为超声波,超声波的传播速度就是声波的传播速度,而超声波具有波长短,易于定向发射和会聚等优点,声速实验所采用的声波频率一般都在20KHz~60kHz之间。
在此频率范围内,采用压电陶瓷换能器作为声波的发射器、接收器、效果最佳。
2.压电陶瓷换能器压电陶瓷换能器是由压电陶瓷片和轻重两种金属组成。
压电陶瓷片是由一种多晶结构的压电材料(如石英、锆钛酸铅陶瓷等),在一定温度下经极化处理制成的。
它具有压电效应,即受到与极化方向一致的应力T 时,在极化方向上产生一定的电场强度E 且具有线性关系:Tg E⋅=,即力→电,称为正压电效应;当与极化方向一致的外加电压U 加在压电材料上时,材料的伸缩形变S 与U 之间有简单的线性关系:Ud S ⋅=,即电→力,称为逆压电效应。
其中g 为比例系数,d 为压电常数,与材料的性质有关。
由于E 与T ,S 与U 之间有简单的线性关系,因此我们就可以将正弦交流电信号变成压电材料纵向的长度伸缩,使压电陶瓷片成为超声波的波源。
即压电换能器可以把电能转图2 实验装置1.相位比较法实验装置接线如图2所示,置示波器功能于X -Y 方式。
当S1发出的平面超声波通过媒质到达接收器S2,合成振动方程为:在发射波和接收波之间产生相位差:见图3长λ图3 合成振动改变S1和S2之间的距离L ,相当于改变了发射波和接收波之间的相位差,荧光屏上的图形也随L 不断变化。
显然,当S1、S2之间距离改变半个波长2/λ=∆L ,则ϕ∆=π。
2.共振干涉(驻波)法测声速实验装置接线仍如图2所示,使S1发出一平面波。
超声波在固体中传播速度的测量
超声波在固体中传播速度的测量【实验目的】1、学会用时差法测定超声波在固体中的传输速度。
2、学会用逐差法处理实验数据。
3、熟悉超声波发生器、数字显示尺、数字示波器等仪器的使用。
【实验原理】在固体中传播的声波是很复杂的,它包括纵波、横波、扭转波、弯曲波、表面波等,而且各种声速都与固体棒的形状有关,金属棒一般为各向异性结晶体,沿任何方向可有三种波传播。
时差法测量原理在实际工程中,时差法测量声速得到广泛的应用。
时差法测试声速的基本原理是基于速度公式:LC t∆=∆ (1) 即通过在已知的距离ΔL 内计测声波传播的时间Δt ,从而计算出声波的传播速度C 。
实验上,在一定的距离之间由控制电路定时发出一个声脉冲波,经过一段距离的传播后到达接收换能器。
接收到的信号经放大,滤波后由高精度计时电路求出声波从发出到接收这个在介质传播中经过的时间,从而计算出在某一介质中的传播速度。
只因为不用目测的方法,而由仪器本身来计测,所以其测量精度相对于驻波法和相位比较法要高。
同样在液体中传播时,由于只检测首先到达的声波的时间,而与其它回波无关,这样回波的影响比较小,因此测量的结果较为准确,所以工程中往往采用时差法来测量。
图1 发射波与接收波【仪器与器材】SVX-7声速测试仪信号源、SV-DH-7A型测试架、数字示波器、材料样品(铝棒和有机玻璃棒)。
【实验内容与步骤】1. 测量超声波在铝棒中传播速度图5 时差法测量超声波在固体中传播速度接线图(1)按图2接线,将测试方法设置到脉冲波方式,将接收增益调到适当位置(一般为最大位置),以SVX-7声速测试仪信号源上的计时器不跳字为好。
(2)将发射换能器发射S1端面朝上竖立放置于托盘上,在换能器端面和长固体棒A0的端面上涂上适量的耦合剂,再把长固体棒A0放在发射面上,使其紧密接触并对准,然后将接收换能器S2接收端面放置于固体棒A0的上端面并对准,降下S2与固体棒A0端面接触。
(3)这时SVX-7声速测试仪信号源上的计时器的读数为t0 (μs),SV-DH-7A型测试架上数显尺给出固体棒A0上端面的位置为L0 (mm)。
测量超声波速度的使用方法
测量超声波速度的使用方法引言:超声波是一种常见的无损检测技术,被广泛应用于工业、医疗和科研领域。
测量超声波速度是超声波应用中的重要一环,它能够提供物质的弹性参数、材料的质量以及结构的完整性等关键信息。
本文将介绍一些常见的测量超声波速度的方法。
一、脉冲回声法:脉冲回声法是测量超声波速度最常用的方法之一。
它利用超声波在材料中传播的时间和距离的关系,来计算超声波的传播速度。
在实际应用中,将超声波探头放置在待测材料表面,向其发送超声脉冲,同时接收第一个回波和最后一个回波之间的时间间隔,并通过计算公式推导出超声波速度。
二、双晶法:双晶法是一种基于晶体的测量超声波速度的方法。
该方法主要适用于测量高频超声波速度和细晶粒材料。
在实践中,首先制备两个相同的晶体样品,然后通过各种技术粘合在一起,使得它们的晶面互相平行。
接下来,通过超声探头在样品上获得表面声波射线的传播角度和时间差,并计算出超声波速度。
三、多普勒效应法:多普勒效应法是一种基于声音频率变化的测量超声波速度的方法。
该方法适用于测量流体介质中超声波的传播速度。
在实际应用中,通过超声波探头将一束超声波发射到流体介质中,当超声波与介质中的颗粒或气泡发生相互作用时,会引起声音频率的变化。
通过测量这种频率变化,并结合其他参数计算出超声波速度。
四、相控阵法:相控阵法是一种基于声波的干涉原理测量超声波速度的方法。
其原理是利用多个发射和接收元件阵列,发射和接收多个超声波束,在待测材料中形成一系列干涉图案,通过处理这些干涉图案,可以计算出超声波的传播速度。
相控阵法具有高精度和高分辨率的优点,在医疗和材料检测领域得到广泛应用。
结论:测量超声波速度是超声波应用的重要环节,不同的测量方法针对不同的应用场景和要求提供了多样化的解决方案。
脉冲回声法适用于大多数材料的测量,双晶法适用于高频和细晶粒材料,多普勒效应法适用于流体介质的测量,相控阵法适用于需要高精度和高分辨率的场景。
综合应用这些方法,我们能够更准确、更全面地了解超声波在不同介质中的传播特性,为工业、医疗和科研领域的应用提供有力支持。
超声声速的测定的实验原理
超声声速的测定的实验原理超声声速是指超声波在介质中传播时的速度。
测定超声声速是通过实验手段来获得的,主要有直接法和间接法两种方法。
下面将详细介绍超声声速测定的实验原理。
1. 直接法测定超声声速直接法是通过实验测量超声波在介质中传播所需的时间和传播距离,然后应用波速公式计算声速。
实验装置:- 超声波发生器:产生超声波信号。
- 超声波传感器:接收超声波信号并转换成电信号。
- 示波器:用于测量从超声波传感器输出的电信号。
- 距离测量装置:测量超声波从发生器到传感器之间的距离。
实验步骤:1) 将超声波发生器和超声波传感器固定在介质中,保证传播路径清晰。
2) 设置发生器的频率和幅度,并将其连接到示波器。
3) 发送一个超声波信号,通过示波器观察到超声波信号的波形。
4) 测量超声波信号从发生器到传感器的时间差(Δt)。
5) 测量发生器与传感器之间的距离(Δx)。
6) 计算声速:声速= Δx / Δt。
2. 间接法测定超声声速间接法是通过实验测量超声波在介质中的频率和波长,然后应用波速公式计算声速。
实验装置:- 超声波发生器:产生超声波信号。
- 超声波传感器:接收超声波信号并转换成电信号。
- 示波器:用于测量从超声波传感器输出的电信号。
- 频率计:测量超声波信号的频率。
- 波长测量装置:测量超声波在介质中的波长。
实验步骤:1) 设置发生器的频率和幅度,并将其连接到示波器。
2) 发送一个超声波信号,通过示波器观察到超声波信号的波形。
3) 使用频率计测量超声波信号的频率(f)。
4) 使用波长测量装置测量超声波在介质中的波长(λ)。
5) 计算声速:声速= f * λ。
实验注意事项:- 实验过程中需要保证超声波在介质中传播路径的清晰。
- 实验中使用的仪器和设备要保证精准度和准确性。
- 实验室环境要保持稳定,避免温度、湿度等因素对实验结果的影响。
总结:通过直接法和间接法,可以测定超声声速,两种方法都依赖于超声波在介质中的传播时间、距离、频率和波长的测量。
超声波传播速度的测量实验总结
超声波传播速度的测量实验总结嘿,朋友们!今天咱就来唠唠超声波传播速度的测量实验。
你说这超声波,看不见摸不着的,咋测量它的速度呢?这可难不倒咱聪明的实验者们。
咱就好比是在跟超声波玩一场捉迷藏的游戏。
首先得有合适的工具吧,就像你去抓迷藏得有双能跑的鞋一样。
那些个专业的仪器就是咱的秘密武器啦。
然后呢,设置好实验的场景,这就像是给游戏搭个舞台。
让超声波能在里面尽情地“奔跑”。
接着就开始实际操作啦。
你想想,这就像是你在努力追寻那个藏起来的小伙伴。
通过各种巧妙的方法,一点一点地去接近真相。
比如说,用一个发射器发出超声波,再在另一个地方用接收器接收。
这中间的时间差可就是关键啦!时间过得越久,是不是就说明超声波跑的路程越远呀?那咱就能算出它的速度啦。
哎呀,这多有意思啊!就好像你知道小伙伴从这个点跑到那个点用了多久,就能算出他跑的速度一样。
在这个实验过程中,可不能马虎哟!一点点的误差都可能让结果变得不准确。
这就好比你找小伙伴的时候,看错了方向或者听错了声音,那不就找不到啦。
而且哦,这个实验还得反复做几次呢,为啥呀?就像你投篮,多投几次才能更准嘛。
这样得到的结果才更可靠呢。
你说,咱生活中有多少神奇的东西等着我们去探索呀。
这超声波传播速度的测量实验,不就是一个很好的例子嘛。
通过这个实验,我们能更加了解这个看不见摸不着的世界。
这实验啊,就像是打开了一扇通往未知世界的门,让我们能看到那些平时注意不到的奇妙之处。
它让我们感受到科学的魅力和乐趣。
所以呀,大家可别小看了这些实验哦。
它们可是我们探索世界的重要途径呢。
让我们一起投入到这有趣的科学世界中吧,说不定还能发现更多的惊喜呢!。
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超声波传播速度的测量
一、实验内容
1.用相位比较法测量声速;
2.用共振干涉法测量声速;
3.通过实验了解作为传感器的压电陶瓷的功能。
二、实验仪器
SVX-5型声速测试仪信号源 SV-DH系列声速测试仪
实验装置
三、预备知识介绍
1.声波
频率介于20Hz~20kHz的机械波振动在弹性介质中的传播就形成声波,介于20kHz~500MHz的称为超声波,超声波的传播速度就是声波的传播速度,而超声波具有波长短,易于定向发射和会聚等优点,声速实验所采用的声波频率一般都在20KHz~60kHz之间。
在此频率范围内,采用压电陶瓷换能器作为声波的发射器、接收器、效果最佳。
2.压电陶瓷换能器
压电陶瓷换能器是由压电陶瓷片和轻重两种金属组成。
压电陶瓷片是由一种多晶结构的压电材料(如石英、锆钛酸铅陶瓷等),在一定温度下经极化处理制成的。
它具有压电效应,即受到与极化方向一致的应力T 时,在极化方向上产生一定的电场强度E 且具有线性关系:T g E ⋅=,即力→电,称为正压电效应;当与极化方向一致的外加电压U 加在压电材料上时,材料的伸缩形变S 与U 之间有简单的线性关系:U d S ⋅=,即电→力,称为逆压电效应。
其中g 为比例系数,d 为压电常数,与材料的性质
有关。
由于E 与T ,S 与U 之间有简单的线性关系,因此我们就可以将正弦交流电信号变成压电材料纵向的长度伸缩,使压电陶瓷片成为超声波的波源。
即压电换能器可以把电能转换为声能作为超声波发生器,反过来也可以使声压变化转化为电压变化,即用压电陶瓷片作为声频信号接收器。
因此,压电换能器可以把电能转换为声能作为声波发生器,也可把声能转换为电能作为声波接收器之用。
压电陶瓷换能器根据它的工作方式,可分为纵向(振动)换能器、径向(振动)换能器及弯
图1 纵向换能器的结构
曲振动换能器。
图1所示为纵向换能器的结构简图。
四、实验原理
根据声波各参量之间的关系可知f
⋅=λυ
,其中
υ为波速, λ为波长,f 为频率。
在实验中,可以通过测定声波的波长λ和频率f 求声速。
声波的频率f 可以直接从低频信号发生器(信号源)上读出,而声波的波长λ则常用相位比较法(行波法)和共振干涉法(驻波法)来测量。
图2 实验装置
正负电极片
后盖反射板压电陶瓷片辐射头
1.相位比较法
实验装置接线如图2所示,置示波器功能于X -Y 方式。
当S1发出的平面超声波通过媒质到达接收器S2,合成振动方程为:
)(sin )cos(2122122
12
22212ϕϕϕϕ-=--+A A xy
A y A x 在发射波和接收波之间产生相位差:
λ
π
ϕϕϕx
∆=-=∆212
见图3
长λ图3 合成振动
改变S1和S2之间的距离L ,相当于改变了发射波和接收波之间的相位差,荧光屏上的图形也随L 不断变化。
显然,当S1、S2之间距离改变半个波长2/λ=∆L ,则ϕ∆=π。
2.共振干涉(驻波)法测声速
实验装置接线仍如图2所示,使S1发出一平面波。
S2作为超声波接收头,把接收到的声压转换成交变的正弦电压信号后输入示波器观察,示波器置扫描方式。
S2在接收超声波的同时还反射一部分超声波。
这样,由S1发出的超声波和由S2反射的超声波在S1和S2之间产生定域干涉。
当S1和S2之间的距离L 恰好等于半波长的整数倍时,即 2
λ
k
L =, k = 0,1,2,3 …… ;
形成驻波共振。
任意两个相邻的共振态之间,S2的位移为, 2
2
2
)
1(1λ
λ
λ
=
-+=-=∆+k
k L L L k k
所以当S1和S2之间的距离L 连续改变时,示波器上的信号幅度每一次周期性变化,相当于S1和S2之间的距离改变了2λ。
此距离2
λ
可由读数标尺测得,频率f 由信号发生器读得,由f ⋅=λυ即可求得声速。
五、实验步骤
1.声速测试仪系统的连接与调试
接通电源,信号源自动工作在连续波方式,选择的介质为空气的初始状态,预热15min 。
声速测试仪和声速测试仪信号源及双踪示波器之间的连接如图2所示。
1)测试架上的换能器与声速测试仪信号源之间的连接
信号源面板上的发射端换能器接口(S1),用于输出相应频率的功率信号,接至测试架左边的发射换能器(S1);仪器面板上的接收端的换能器接口(S2),请连接测试架右边的接收换能器(S2)。
2)示波器与声速测试仪信号源之间的连接
信号源面板上的发射端的发射波形(Y1),接至双踪示波器的CH1(X),用于观察发射波形;信号源面板上的接收端的接收波形(Y2),接至双踪示波器的CH2(Y),用于观察接收波形。
2.共振频率的调试测量
只有当换能器S1和S2发射面与接收面保持平行时才有较好的接收效果;为了得到较清晰的接收波形,应将外加的驱动信号频率调节到发射换能器S1谐振频率点处,才能较好地进行声能与电能的相互转换,提高测量精度,以得到较好的实验效果。
超声换能器工作状态的调节方法如下:各仪器都正常工作以后,首先调节声速测试仪信号源输出电压(100mV ~500mV 之间),调节信号频率(在25~45kHz ),观察频率调整时接收波的电压幅度变化,在某一频率点处(34.5~37.5kHz 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νi ,改变S1和S2之间的距离,适当选择位置(即:至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5次,取平均值ν0 。
3.用相位比较法(李萨如图形)测量波长
1) 将测试方法设置到连续波方式,连好线路,把声速测试仪信号源调到最佳工作频率f 。
2)调节示波器:把“扫描时间”旋扭旋至“X-Y ”方式;
3)移动S2,依次记下示波器上波形由图3中(a )变为 图3中(e )时,读数标尺位置的读数L 1、L 2… 共10个值; 4)记下室温t ; 5)用逐差法处理数据。
4.干涉法(驻波法)测量波长 1) 按图2所示连接好电路;
2) 将测试方法设置到连续波方式,把声速测试仪信号源调到共振工作频率(根据共振特点观察波幅变化进行调节)。
3) 在共振频率下,将S2移近S1处,依次记下各振幅最大时的读数标尺位置L 1、L 2… 共10个值;
4) 记下室温t ; 5) 用逐差法处理数据。
六、注意事项:
1) 换能器发射端与接收端间距一般要在5cm 以上测量数据,距离近时可把信号源面板
上的发射强度减小,随着距离的增大可适当增大; 2) 示波器上图形失真时可适当减小发射强度;
3) 测试最佳工作频率时,应把接收端放在不同位置处测量5次,取平均值。
七、数据记录及数据处理:
1. 驻波法
t= 0C =0v 331.45m/s f =
波幅最大位置
l i (mm )
l 1
l 2
l 3
l 4
l 5
波幅最大位置
l i+5(mm )
l 6
l 7
l 8
l 9
l 10
i i i l l l -=∆+5(mm )
5
∑∆=
∆i
l
l 5
2l ∆⨯
=λ λυ⋅=f 15.273100t
v +=υ
0υυυ-=∆ %1000
⨯∆=
υυ
υE
2. 相位法
t= 0C =0v 331.45m/s f = 相位变化为π位置
l i (mm )
l 1
l 2
l 3
l 4
l 5
相位变化为π位置
l i+5(mm )
l 6
l 7
l 8
l 9
l 10
i i i l l l -=∆+5(mm )
5
∑∆=
∆i
l l 5
2l ∆⨯
=λ λυ⋅=f 15.273100t
v +=υ
0υυυ-=∆ %1000
⨯∆=
υυ
υE
八、思考题:
1) 本实验中的超声波是如何获得的?
提示:利用压电陶瓷的逆压电效应原理将高频率的电信号转换成超声波信号。
将正弦交流电信号变成压电材料纵向的长度伸缩变化,从而产生纵向的机械振动,从而产生超声波。
2) 超声波信号能否直接用示波器观测,怎样实现?
提示:不能。
利用压电陶瓷的逆压电效应将电信号转换成超声波信号发射,再利用其正压电效应将声压转换成电电压的变化用于示波器观测。
3) 用驻波共振法测量超声波声速,如何测量其频率?波长又如何测量?
提示:波长:调整接收端和发射端的距离,使之为半波长的整数倍,发射信号与信号相遇产生驻波,
据此测量相邻两波幅之间的距离计算得到。
频率:调整发射信号的频率,观察振幅,使之最大,由此判断发射信号与换能器产生共振,此时发射信号的频率即为超声波的频率。
4) 发射信号接CH 1通道、接受信号接CH 2通道,用驻波共振法时示波器各主要旋钮该如何
调节?用相位法时又该如何调节?
提示:见实验步骤。
5) 固定距离,改变频率,以求声速。
是否可行?
提示:不行,换能器有一个固有频率,发射信号的频率与之相等时产生共振,幅度最大,若发射信号的频率偏离其固有频率,幅度衰减很快直至幅度为零,不利于观测。