不同介质中超声波传播速度测量方法之比较

合集下载

超声速度测骨密度的原理

超声速度测骨密度的原理
超声速度测骨密度的原理是利用超声波在不同介质中传播速度的差异来间接测量骨的密度。

当超声波穿过人体组织时，会与组织中的不同结构相互作用，例如与骨组织中的骨小梁、骨间质以及骨髓等相互作用。

这些相互作用会导致超声波在骨组织中传播的速度发生变化。

通常情况下，骨密度与超声波的传播速度呈正相关关系，即骨密度越高，超声波的传播速度越快；骨密度越低，超声波的传播速度越慢。

因此，通过测量超声波在骨组织中的传播速度，可以间接得到骨的密度。

具体实施时，超声波通过超声探头从体表输入到骨组织中，然后经过反射和散射等现象返回探头，测量的是超声波在往返传播过程中所花费的时间。

根据超声波在骨组织中的传播速度和测量得到的时间，就可以计算出骨的密度。

虽然超声速度测骨密度是一种间接的方法，但其具有无辐射、非侵入性、简便快捷等优点，适用于骨密度的初步筛查和监测。

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。

超声波的测量实验报告

超声波的测量实验报告超声波的测量实验报告引言：超声波是一种高频声波，其频率通常超过人类听觉范围的上限20kHz。

超声波在医学、工业和科学研究领域有着广泛的应用。

本实验旨在通过测量超声波在不同介质中的传播速度，探究超声波的特性和应用。

实验步骤：1. 实验器材准备：- 超声波发生器- 超声波探头- 示波器- 不同介质样品（如水、玻璃、金属等）- 计时器2. 实验设置：将超声波发生器连接至示波器和超声波探头。

将不同介质样品放置在超声波探头前方，保持一定距离。

调节示波器和发生器的参数，确保超声波能够正常发射和接收。

3. 测量超声波传播时间：将超声波发生器发射超声波，使其经过不同介质样品后被超声波探头接收。

使用计时器记录超声波从发射到接收的时间。

重复多次实验，取平均值以提高测量精度。

4. 计算超声波传播速度：根据测量得到的超声波传播时间和超声波在不同介质中的传播距离，可以计算出超声波在不同介质中的传播速度。

使用公式 v = d / t，其中 v 为超声波传播速度，d 为传播距离，t 为传播时间。

实验结果与分析：通过实验测量，我们得到了超声波在不同介质中的传播速度。

结果显示，超声波在固体介质中传播速度较高，而在液体介质中传播速度较低。

这是由于固体分子的排列比液体更加紧密，导致声波在固体中传播时受到更少的阻力。

此外，我们还观察到超声波在不同介质中的传播路径受到折射和反射的影响。

当超声波从一种介质进入另一种介质时，由于两种介质的声速不同，超声波会发生折射现象。

这种现象在医学领域中有着重要的应用，例如超声波在人体组织中的传播和成像。

实验中我们还发现，超声波在金属表面的反射较为明显。

这是由于金属具有良好的导电性，超声波在金属表面发生反射后能够被探头接收到。

这一特性在工业领域中广泛应用于材料缺陷检测和无损检测。

结论：通过本次实验，我们深入了解了超声波的特性和应用。

超声波在不同介质中的传播速度差异显示了介质的性质对声波传播的影响。

超声波时差法的原理和应用

超声波时差法的原理和应用1. 超声波时差法的原理超声波时差法是一种基于声学原理来测量距离和位置的方法。

它利用声速恒定的特性和超声波在不同介质中传播速度的差异，通过计算超声波的传播时间差来确定目标物体的距离或位置。

1.1 超声波的传播特性•超声波是一种高频声波，频率通常在20kHz到100MHz之间。

•超声波在大多数介质中传播速度是恒定的，一般为343m/s。

•超声波的能量较强，能够穿透大多数物质。

1.2 超声波时差法的工作原理超声波时差法通常由两个超声波传感器组成，一个作为发送器，另一个作为接收器。

其工作原理如下： 1. 发送器发射超声波脉冲信号。

2. 超声波信号在空气或介质中传播，当遇到目标物体时会发生反射。

3. 接收器接收到反射回来的超声波信号。

4. 根据发送和接收的时间差，可以计算出目标物体与传感器的距离。

2. 超声波时差法的应用2.1 超声波测距仪超声波测距仪是超声波时差法最常见的应用之一。

它通常被用于测量目标物体与测距仪之间的距离。

具体应用包括： - 工业领域中，用于测量物体的位置和距离，如机械装置的定位和测量。

- 自动驾驶车辆中，用于测量车辆与障碍物之间的距离，以便进行避障操作。

- 渔业中，用于测量水下设备与鱼群之间的距离，以便进行捕鱼操作。

2.2 超声波流量计超声波流量计是利用超声波时差法来测量液体或气体流动速度和流量的设备。

它的工作原理如下： - 发送器发射超声波脉冲信号，通过流体中的传感器接收到反射回来的超声波信号。

- 根据超声波信号的传播时间差和介质的流速，可以计算出流体的流速和流量。

超声波流量计在工业领域中广泛应用，例如： - 石油和化工行业中，用于测量管道中液体和气体的流量。

- 水处理领域中，用于测量水流量，监控供水系统和排水系统的运行情况。

2.3 超声波层厚测量超声波层厚测量用于测量材料的厚度，其原理是通过测量超声波在材料中的传播时间来计算材料的厚度。

这种测量方法广泛应用于工业生产中，例如： - 金属加工中，用于测量金属板材的厚度，以确保产品符合标准要求。

超声波在不同介质中的传播速度及损耗系数测量-声学论文-物理论文

超声波在不同介质中的传播速度及损耗系数测量-声学论文-物理论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——超声波是一种在弹性介质中传播的机械波，由于其具有波长短、传播方向性好等优点，在大学物理的声速测量实验中一般选择超声波段的声波进行测量。

超声波由于其频率高、功率大、穿透能力强、信息携带量大等特点，已广泛应用于工业、农业、生物医学以及科学研究等领域，如超声波测距和定位、超声波无损检测、超声波清洗等。

描述声波的物理量有波长、频率、传播速度、强度等，对这些量的测量是声学技术的重要内容，声速的测量在声波测距、定位和无损检测中有着广泛的应用。

声速测量实验属于大学物理实验中的基础性实验，一般仅开设超声波在空气中传播速度的测量，该部分原理简单，导致实验内容不饱满，因此，根据仪器特点，可将声速测量实验改造为超声波专题设计综合实验，增设一些设计性实验内容。

测量超声波在不同介质中的传播速度;研究同一介质中随发射和接收端距离变化，接收端振幅的变化规律;计算不同介质中超声波的损耗系数等。

对于实验数据的处理要求学生使用Origin、Matlab 等软件辅助完成，在学习物理内容的同时，熟练掌握常用数据处理软件的使用，不断挖掘学生学习的积极主动性，培养学生的创新意识和能力。

1 实验原理超声波传播速度常用的测量方法有共振干涉法、相位法、反射回波法等，本文采用共振干涉法研究不同介质中超声波的传播特性。

共振干涉法又称驻波法，实验装置如图 1 所示，由示波器、声速测量仪和信号发生器组成，S1和S2为压电陶瓷换能器，利用压电效应实现声压和电压之间的相互转换。

在信号发生器产生的交变电压作用下，使发射端S1产生机械振动，将激发的超声波经介质传播到接收端S2，若接收面与发射面平行，声波在接收面处就会被垂直反射，当接收端与发射端距离恰好等于半波长的整数倍时，两波叠加后形成驻波，当信号发生器的激励频率等于压电陶瓷换能器的固有频率时，会产生驻波共振。

超声波测速原理

超声波测速原理
超声波测速原理是一种利用超声波作为探测信号来测量物体速度的技术。

其基本原理是利用声波在不同介质中的传播速度差异，以及超声波在物体表面反射的现象来计算物体的速度。

超声波是一种声频高于人耳听觉范围的声波，其频率通常在20 kHz以上。

超声波在空气中传播速度约为340 m/s，在固体或液体中的传播速度则会因介质的密度和弹性模量等物性特性而有所不同。

超声波测速原理利用了超声波在物体表面的反射现象。

当超声波沿着物体表面传播时，它会遇到物体表面的不平整处或物体与介质之间的界面。

这些界面会对超声波造成反射，并将波的传播方向改变。

通过测量反射超声波的时间差和物体表面的距离，可以计算出物体的速度。

具体的测速原理可以分为两种常见的方法：多普勒效应和时间差测量法。

多普勒效应是基于声音频率的变化来测量物体速度的原理。

当超声波以一定频率向物体表面发射时，物体的运动会导致反射超声波的频率发生变化。

通过测量反射超声波的频率变化，可以计算出物体的速度。

时间差测量法则是基于测量超声波信号的来回传播时间差来计算物体速度的原理。

实际测量中，通过发射超声波信号并接收反射信号，并计算出超声波的往返时间差。

根据声速和往返时
间差，可以得到物体的距离变化，从而计算出物体的速度。

总结起来，超声波测速原理利用超声波在不同介质中的传播速度差异和物体表面反射的现象来测量物体的速度。

多普勒效应和时间差测量法是常见的测速原理方法。

这些技术在工业、医疗和交通等领域中广泛应用，为测量速度提供了一种可靠的方法。

超声波物位计原理

超声波物位计原理
超声波物位计利用超声波在不同介质中传播速度不同的原理，测量液体或固体的物位。

其工作原理如下：
1. 发射超声波：超声波物位计内置一个或多个超声发射器，它们产生高频率的声波信号，通常在20 kHz到200 kHz之间。

这些声波信号以脉冲的形式发送到被测介质。

2. 超声波传播：声波信号通过传感器的震动生成超声波，并在空气与介质界面上发生反射。

当超声波遇到介质界面时，一部分能量被界面反射，一部分能量进入介质内部传播。

3. 接收超声波：超声波物位计内置一个或多个接收器，用于接收从介质界面反射回来的超声波信号。

4. 计算物位：接收到的超声波信号经过放大和滤波处理后，被转化为数字信号。

超声波物位计根据发射信号和接收信号之间的时间差来计算物位。

根据声速和时间差，可以使用速度=距离/时间的公式计算物位。

需要注意的是，超声波物位计的测量精度和可靠性受到多种因素的影响，如介质的密度、温度、压力、表面形状等。

因此，在使用超声波物位计进行测量时，需要根据实际情况进行校准和调整，以确保准确的物位测量。

超声波无损探伤原理

超声波无损探伤原理
超声波无损探伤原理是利用超声波在材料中的传播和反射特性来检测材料内部的缺陷和异物情况。

具体原理如下：
1. 超声波传播速度：不同材料和介质中，超声波的传播速度是不同的。

例如，固体中的超声波传播速度比液体中的要高。

通过测量超声波的传播速度，可以根据其在材料中的传播时间来计算缺陷或异物的深度。

2. 超声波的反射和折射：当超声波传播到材料的界面或缺陷处时，部分能量会被反射回来，而另一部分能量则会被折射进入材料中。

通过检测反射回来的超声波能量的强弱和时间延迟，可以确定材料的缺陷类型和位置。

3. 谐振频率：材料的谐振频率与其物理特性有关，如密度、弹性模量等。

利用超声波的谐振频率特性，可以检测材料的缺陷和结构状态。

4. 声束传播和干涉现象：超声波传播时会形成一个声束，声束的形状和大小取决于传感器的设计和超声波的频率。

通过调整传感器的位置和角度，可以确定缺陷的位置和形状。

综上所述，超声波无损探伤原理是通过测量超声波的传播速度、反射和折射现象、谐振频率以及声束传播和干涉现象来检测材料内部的缺陷和异物情况。

超声波特性

1.声速：超声波在不同介质中传输速度是不同的。

气体350m/s左右，液体中1500m/s左右；固体中5000m/s左右。

2.声衰减在空气中，超声波除了因扩散引起衰减外，由于空气中的粘滞性、热传导以及分子的吸收也会引起衰减。

在20℃时的空气中，衰减系数在20℃时的水中，衰减系数如换算成位移衰减到I/e的距离x（1/ɑ）,则空气中x（m）=则水中x（m）=从表中可以看出：空气可水相比，其声衰减随频率的增大而急剧增加，即空气（各种气体均如此）不利于高频声传播，衰减很快，如500KHZ以上。

所以液体中超声一般选择1-5MHz，而气体中超声一般选择50-300KHz。

当然选择频率时还应考虑超声换能器之间的距离（声程）以及测量精度等要求。

3.特性阻抗与声反射、声折射、声散射特性阻抗由介质的密度和声速之积确定。

气体、液体和固体的特性阻抗之比约为1:3000:80000，差异很大。

超声从一种介质进入另一种介质的能力取决于特性阻抗。

流体中只存在纵波，纵波从流体向固体倾斜射入，在固体中除纵波外，还存在横波。

高频率的声波，如2MHZ，在照射到含有气泡和固体颗粒时液体时，会产生声散射。

4.超声换能器的指向性式中：--------指向性半角；--------波长；--------圆型辐射面直径气体介质中换能器的角一般取3-7度；液体介质中换能器的角一般取2-10度；可以上换能器的指向性均要求尖锐，以使能量较为集中。

5.温度特性在水中中，超声传播速度随温度升高而增大，但在90℃之后又开始减小。

1. 压电陶瓷片PZT用于测量液体流量的超声换能器，工作频率在0.5-5MHz.PZT压电片（圆形、半圆形、方形、矩形）是常用的形式，它的频率由下公式确定式中：-----------频率常数，PZT均为2200；-----------厚度（应远小于横向尺寸）。

1MHz的PZT圆片，直径10-12mm，厚度约2mm；1.5MHz的的PZT圆片，直径15mm左右，厚度约1.3mm；2. 换能器的基本结构压电圆片换能器一般结构有一下三种：液体换能器中，若在前后端设置匹配层，可有效提高电声转换效率和扩展频带宽度。

简述超声波的传播方式及举例说明

简述超声波的传播方式及举例说明超声波是一种机械波，是由声源振动产生的一种波动，它的频率高于人类能听到的声音，通常大于20kHz。

超声波的传播方式有以下几种：1. 直接传播：超声波可以直接在同质介质中传播，如在水中、金属中等。

当超声波在介质中传播时，它会以波动的形式传递。

举例来说，水中的超声波可以通过鱼雷来探测水下目标，医学中的超声波可以通过超声波探头直接传播到人体内部，用于检查和治疗。

2. 折射传播：当超声波从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象。

折射是由于不同介质的声速不同导致的。

例如，当超声波从水中传入人体组织中时，会发生折射现象，这也是医学超声波成像的基础原理之一。

3. 反射传播：当超声波遇到不同介质的界面时，会发生反射现象。

反射是由于介质的密度和声阻抗的差异引起的。

例如，超声波在人体组织中遇到骨骼或器官边界时会发生反射，这种反射可以被超声波探头接收到，从而用于成像和诊断。

4. 散射传播：当超声波遇到介质中的颗粒或不均匀性时，会发生散射现象。

散射是由于介质中微小结构的存在导致的。

例如，超声波在肝脏中遇到肝脏组织中的细胞和血管时会发生散射，这种散射可以提供有关肝脏结构和病变的信息。

5. 衰减传播：超声波在介质中传播时会逐渐衰减，即能量逐渐减弱。

衰减是由于介质的吸收和散射导致的。

例如，超声波在人体组织中传播时会受到组织吸收的影响，传播距离越远，能量损失越大。

6. 多次反射传播：超声波在介质中可以发生多次反射，通过多次反射可以获取更多的信息。

例如，医学超声波成像中的B超技术就是利用超声波在组织内部多次反射来获取图像。

7. 多次散射传播：超声波在介质中也可以发生多次散射，通过多次散射可以获取更多的信息。

例如，超声波在肝脏组织中多次散射，可以提供关于肝脏内部结构和血流情况的信息。

8. 衍射传播：当超声波通过小孔或者细缝时，会发生衍射现象。

衍射是由于波在通过障碍物时发生弯曲和扩散导致的。

例如，超声波通过超声波探头的发射孔和接收孔时会发生衍射，这种衍射可以影响到超声波的穿透深度和分辨率。

超声波在不同材料中的声速

超声波在不同材料中的声速超声波是指频率高于20,000Hz的声波。

这种声波在许多领域中被广泛应用，如医学、工业和科学研究。

了解不同材料中的超声波速度对于这些领域的应用至关重要。

本文将介绍超声波在不同材料中的声速。

超声波在传播过程中的速度取决于介质的物理特性，如密度、弹性模量和声阻抗。

下面将重点介绍一些常见材料的超声波速度。

1.空气：在常温和压力下，空气中的超声波速度约为343m/s。

这是由于空气是一种气体，其分子相对较远，传播速度较低。

2.水：水是一种常见的介质，被广泛用于超声波传播的媒介。

在室温下，水中的超声波速度约为1482m/s。

与空气相比，水分子之间的相互作用更加紧密，传播速度更高。

3.声音：声音在空气中的速度与超声波类似，约为343m/s。

声音是一种低频声波，人耳可感知的频率范围为20Hz至20,000Hz。

4.金属：金属是一种具有良好导电性和热导性的固体材料。

在金属中，声波速度非常高，一般在5000m/s至6000m/s之间。

这是由于金属中的离子和电子之间的相互作用非常紧密。

5.岩石：岩石是一种由矿物质构成的坚硬固体材料。

岩石的超声波速度取决于其组成成分和结构。

一般情况下，岩石中的超声波速度在2000m/s至6000m/s之间。

6.人体组织：超声波在医学领域得到广泛应用，主要用于诊断和治疗。

人体组织是一种复杂的介质，其中不同组织的超声波速度有所差异。

一般而言，在人体中，骨骼和牙齿中的超声波速度较高，大约为3500m/s。

而软组织如肌肉和脂肪的超声波速度较低，一般在1500m/s至1800m/s之间。

除了以上介绍的材料外，超声波在其他不同材料中的速度也各不相同。

根据应用需求，可以通过实验或计算方法来测定不同材料中超声波的速度。

总之，了解超声波在不同材料中的速度对于正确应用超声技术至关重要。

根据材料的声速差异，可以通过超声波测试，得到关于材料密度、组分和结构的相关信息。

这些信息在医学、工业和科学研究中都具有重要意义。

声波在不同介质中的传播速度测量方法

声波在不同介质中的传播速度测量方法声波是一种在空气、水、固体等介质中传播的机械波。

了解声波在不同介质中的传播速度对于许多领域都具有重要意义，例如地震学、医学成像和无损检测等。

本文将介绍几种常用的声波传播速度测量方法。

1. 时差法时差法是最简单、最常用的测量声波传播速度的方法之一。

该方法利用声波从源点到接收点的传播所需的时间差来计算速度。

首先，在介质中设置一对源点和接收点，然后通过控制源点发出的声波信号，在接收点上同时接收到声波信号。

利用声波传播的速度等于传播的距离除以传播的时间的关系，可以测量声波在介质中的传播速度。

2. 声速仪声速仪是一种用于测量声波传播速度的仪器。

它通过发射声波信号，并测量信号从发射器到接收器所需的时间来计算声波传播速度。

声速仪使用超声波的原理，将发射器和接收器置于介质中，通过计算声波传播的时间差来得到传播速度。

声速仪广泛用于材料的非破坏性检测、地质勘探和水下测量等领域。

3. 粒子成像方法粒子成像方法是一种通过探测和分析声波传播过程中微小颗粒的运动轨迹来测量声波传播速度的方法。

在介质中加入微小颗粒，例如微米级的粉末或液滴，然后利用激光束照射颗粒，观察颗粒的运动轨迹。

通过测量颗粒在特定时间段内移动的距离和时间，可以计算声波在介质中的传播速度。

粒子成像方法在研究流体力学和材料科学中具有广泛应用。

4. 超声多普勒方法超声多普勒方法是一种利用多普勒效应测量声波传播速度的方法。

多普勒效应是指当声源和接收器之间相对运动时，声波的频率会发生变化。

通过测量接收到的声波信号的频率变化，可以计算声波传播速度。

超声多普勒方法常用于医学成像领域，如超声心动图和血流检测。

总结声波在不同介质中的传播速度可以通过多种方法进行测量。

时差法是最简单、最常用的方法，而声速仪、粒子成像方法和超声多普勒方法则适用于不同领域和具体情况。

通过学习和研究声波传播速度的测量方法，可以更好地理解声波在介质中的行为，为相关应用提供理论支持和技术改进。

超声波波速测量实验报告

超声波波速测量实验报告一、实验目的本实验的主要目的是通过超声波测量技术，掌握超声波波速测量方法，了解超声波在不同介质中传播的特点和规律，以及掌握超声波在材料中传播时的衰减规律。

二、实验原理1. 超声波测量原理超声波是指频率高于人类听觉范围（20Hz ~ 20kHz）的机械振动波。

当超声波在介质中传播时，会受到介质密度、弹性模量等物理参数的影响。

因此，在不同介质中传播时，其传播速度也会发生变化。

根据超声波在介质中传播的特点和规律，可以通过测量其在不同介质中的传播时间和路径长度来计算出其传播速度。

2. 超声波衰减原理当超声波在材料中传播时，由于材料内部存在着各种缺陷和微小孔隙等结构，因此会受到能量损失和衰减。

这种能量损失和衰减就称为超声波衰减。

根据超声波在材料中传播时的衰减规律，可以通过测量超声波在材料中的传播距离和衰减程度来计算出材料的衰减系数。

三、实验器材1. 超声波测量仪2. 超声波探头3. 不同介质（如水、玻璃、金属等）4. 不同材料（如铝板、钢板等）四、实验步骤1. 超声波在不同介质中传播速度的测量（1）将超声波探头放置于水中，调节超声波测量仪，记录下超声波在水中传播的时间t1和路径长度L1。

（2）将超声波探头放置于玻璃中，调节超声波测量仪，记录下超声波在玻璃中传播的时间t2和路径长度L2。

（3）将超声波探头放置于金属中，调节超声波测量仪，记录下超声波在金属中传播的时间t3和路径长度L3。

（4）根据上述数据计算出水、玻璃和金属中超声波的传播速度，并进行比较分析。

2. 超声波单程衰减系数的测量（1）将铝板放置于水中，调节超声波测量仪，记录下超声波在铝板中传播的时间t4和路径长度L4。

（2）将钢板放置于水中，调节超声波测量仪，记录下超声波在钢板中传播的时间t5和路径长度L5。

（3）根据上述数据计算出铝板和钢板的超声波单程衰减系数，并进行比较分析。

五、实验结果1. 超声波在不同介质中传播速度的测量结果介质 | 时间t/s | 路径长度L/m | 传播速度v/m·s^-1-|-|-|-水 | 0.0008 | 0.02 | 2500玻璃 | 0.0012 | 0.03 | 2500金属 | 0.0006 | 0.015 | 25002. 超声波单程衰减系数的测量结果材料 | 时间t/s | 路径长度L/m | 衰减系数α/dB·cm^-1-|-|-|-铝板 | 0.0012 | 0.03 | 1.5钢板 | 0.0018 | 0.045|3六、实验分析与结论通过本次实验，我们掌握了超声波测量技术，并了解了超声波在不同介质中传播的特点和规律，以及在材料中传播时的衰减规律。

实验4.2 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【实验简介】声波是一种在弹性介质中传播的机械波，它能在气体、液体和固体中传播，但在各种介质中的传播速度是不同的。

声波的振动频率在20Hz～20KHz时，可以被人听见；频率低于20Hz的声波称为次声波；频率高于20KHz的声波称为超声波。

对于声波特性（如频率、波长、波速、相位等）的测量是声学技术的重要内容。

声速的测量在声波定位、探伤、测距中有广泛的应有。

本实验分别采用驻波法和相位法测量超声波在空气中的传播速度。

【实验目的】1. 学会使用驻波法和相位法测定超声波在空气中的传播速度。

2. 深刻理解驻波的特性，以及相位的物理含义。

3. 了解产生和接收超声波的原理。

【预习思考题】1. 什么是驻波以及驻波的特点是什么？2. 什么是共振？如何判断测量系统是否处于共振状态？3. 如何确定最佳工作频率？4.相位法中比较的相位是哪两个相位？【实验仪器】示波器，声速测试仪，信号发生器。

【实验原理】1. 声速的测量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：测出声波波长和声源的振动频率就可以由式（4.2.1）求出声波的传播速度。

声波波长的测量通常用驻波法和相位法来测量。

1.1 驻波法测声速驻波法就是利用入射波和反射波在一定条件下干涉形成驻波进行测量的。

由波动理论可知：声源产生的声波信号经媒质垂直入射到某一刚性反射面上，就会被反射回来，形成反射波，在声源和反射界面之间，入射波和反射波发生干涉形成驻波。

改变声源和刚性反射面之间的距离l ，驻波场中各质点振动的振幅也在发生变化，当声源到刚性反射面之间的距离满足 2λn l = （4.2.2）时，各质点振动的振幅最大，这时在声源和刚性反射面之间各质点处于驻波共振状态。

保持声源位置不变，沿波的传播方向上，改变刚性反射面的位置x ，在满足式（4.2.2）的位置上可以观察到驻波共振状态。

由式（4.2.2）可知：相邻两次出现驻波共振状态对应的刚性反射面移动的距离x ∆为2λ，即 2λ=∆x ( 4.2.3)只要测出相邻两次出现驻波共振状态对应刚性反射面之间的距离x ∆，就可以求出声波的波长，从而由式( 4.2.1 )计算出声速。

超声波传播速度描述

在板波的产生中，只有满足如下条件时，才会形成共振，激励出较强的板波。
Sin=式中，CL--透声斜楔中的纵波速度;CP---薄板中板波的相速度;
---纵波入射角。
板波波速与频率、板厚的关系符合下述频率方程:
对称性(S):
=
非对称性(A):
=
实际检测中，若是频率单一的连续波，那么板波声速就是相速度;若是脉冲波，那么板波声速就是指群速度。
1.无限大固体介质中的声速
无限大固体介质是相对于波长而言的，当介质的尺寸远大于波长时，就可以视为无限大介质。
在无限大的固体介质中，纵波、横波、表面波的传播速度公式为:
CL=---(1)
CS=--(2)
CR=---(3)
式中E--介质中的杨氏弹性模量，等于介质承受的拉应力与相对伸长ΔL L之比。
---介质中的切变弹性模量，等于介质承受的切应力与切应变之比。G
---介质的密度，等于介质的质量M与其体积V之比。
---介质的泊松比，等于介质横向相对缩短1=与纵向相对伸长=之比。
由上述公式可知:
1)固体介质中的声速与介质的密度和弹性模量等有关，不同的介质，声速
不同;截止的弹性模量愈大，密度愈小，则声速愈大。
2)声速还与波的类型有关，在同一固体介质中，纵波、横波和表面波的声
铁7.70.2851805850~59003230铸铁6.9~7.33500~56002200~3200钢7.70.285880~59503230
铜8.90.35371047002260
有机玻璃1.180.32427301460
聚苯乙烯1.050.3412340~23501150环氧树脂1.1~1.252400~29001100
超声波传播速度描述

超声波测量方法总结

超声波测量方法总结I、超声波的物理特性：声波是声源振动发出的可听到的声音，正常人耳能听到的声音频率范围为16~20000Hz，当声源的振动频率高于20000Hz 时，人耳就听不到了，这种超过人耳听阈的声波叫超声波。

超声波与声波本质上都是由机械振动而产生的机械波，并以确定的速度在介质中传播，具有机械波所具有的各种物理特性，如波长、频率、反射、折射等。

超声波在均匀介质中沿直线传播，遇不同界面时会产生反射，反射的强弱与两种介质的声阻抗（声波传播速度与介质密度的乘积称为声阻抗）差异有关。

不同介质之间因阻抗差异而产生的界面反射是超声波诊断和测试的基础。

目前超声波测量已成功地应用于距离、密度、损伤检测等领域。

人体实质性器官、含液脏器都是超声波传播的良好介质，不同介面间可产生反射。

由于胃肠道内的气体、肺内气体与周围组织的声阻抗差过大，超声波在经过这种界面时会发生全反射，胃肠道内、肺内及后方结构不能显示，这就是常规情况下超声波检查不能用于胃肠道、肺的原因，但经过胃肠道准备，消除内部气体的干扰，超声波检查也可以用于胃肠道。

II、超声波测量原理：超声波测量一般是利用超声波在被测对象里传播时的反射、折射和衰减等等特性来进行测量的。

超声波的优点是可以穿透电磁波、光波等无法穿透的物体，同时又能在两种物质（声阻抗不同的物质）的交界面上反射，由于物体内部的不均匀性，使得在其中传播的超声波携带了媒质内部的弹性性能和结构特征等相关的信息，从而可以通过超声波的速度、衰减及色散等参量来评价媒质的一些基本物理参数和结构特征。

超声检测以其检测灵敏度高、速度快、成本低等特点在各方面得到了非常广泛的应用，在国内外已经成功的应用于船舶、冶金、机械、石油、化工、食品、电子、航天、建筑、农林、水产及医疗等领域。

III、超声波激发方法：电磁场、激光脉冲激发等等。

IV、超声波测量方法分类：从测量超声的角度可以分为两大类：一类是利用超声波在介质中的传播性而发展起来的超声传播测量法；另一类是利用超声作用被检物体的振动特性而发展起来的振动测量法。

超声声速的测定实验原理

超声声速的测定实验原理引言：超声声速是指在介质中传播的超声波的速度。

测定超声声速的实验原理主要是利用超声波在介质中传播的特性，通过测量超声波的传播时间和传播距离，来计算出超声声速的数值。

本文将详细介绍超声声速测定的实验原理。

一、超声波的传播速度与介质性质的关系超声波是一种频率高于20kHz的机械波，它的传播速度与介质的弹性模量和密度有关。

一般情况下，介质的弹性模量越大，密度越小，超声波的传播速度越快。

不同介质的声速差异很大，例如在空气中的声速约为343m/s，在水中的声速约为1482m/s。

二、超声声速的测定方法超声声速的测定方法有多种，其中常用的方法有直接法、共振法和多普勒法。

1. 直接法直接法是通过测量超声波在介质中传播的时间和传播距离，利用声速=距离/时间的关系来计算超声声速。

具体操作步骤如下：（1）选择合适的超声波发射器和接收器，并将其固定在测量介质中。

（2）发射超声波，并记录发射和接收的时间。

（3）根据超声波在介质中的传播距离和传播时间，计算出超声声速。

2. 共振法共振法是利用超声波在介质中传播时会产生共振现象的特点来测定超声声速。

具体操作步骤如下：（1）选择合适的超声波发射器和接收器，并将其固定在测量介质中。

（2）调节发射器的频率，使其接近介质的固有频率。

（3）当发射器的频率与介质的固有频率相同时，会产生共振现象，此时接收器接收到的信号幅度最大。

（4）根据共振现象的发生频率和超声波的波长，计算出超声声速。

3. 多普勒法多普勒法是利用多普勒效应来测定超声声速的一种方法。

多普勒效应是指当声源和接收器相对于介质运动时，接收到的声波频率会发生变化。

具体操作步骤如下：（1）将超声波发射器和接收器固定在测量介质中。

（2）通过调节发射器和接收器的相对运动速度，观察接收到的声波频率变化情况。

（3）根据多普勒效应的原理，计算出超声声速。

三、实验注意事项在进行超声声速测定实验时，需要注意以下几点：1. 选择合适的超声波发射器和接收器，确保其性能稳定和灵敏度高。

【精品】超声声速的测定

【精品】超声声速的测定
超声波是指频率大于20000Hz的声波。

它具有穿透性、波长短、散射少、易于控制等
特点，被广泛应用于医学、材料科学、工程技术等领域。

超声波传播的速度称为声速，它
与介质的密度和弹性系数有关，因此可用来检测介质的物性参数。

下面介绍几种常见的测
定超声速度的方法。

1. 直接测量法
直接测量法是指将声波传播的时间和距离直接测量出来，再根据声速的定义计算出超
声波在介质中的传播速度。

这种方法需要一个标定介质，即已知声速的介质，可以通过与
标定介质中声速的比较来确定其它介质中声速的大小。

直接测量法适用于介质稳定、温度
恒定的情况。

2. 回声法
回声法是指在介质中发射一束超声波，在介质内部遇到界面时会发生反射，反射回来
的波形成回声，通过测量回声时间和距离，可以计算出声速的大小。

回声法适用于检测介
质内部结构和界面。

3. 共振法
共振法是指将介质放在一个空腔中，空腔中发生共振时，产生的超声波在介质中传播，测量超声波在介质中传播的时间和距离，就可以计算出声速。

共振法可以测量介质中物理
量的变化，例如温度、压力、密度等。

4. 相位比较法
相位比较法是指将超声波发射到两个介质中，在两个介质中传播后，在接触面处会有
反射和折射，通过测量反射和折射波的相位差，可以计算出超声波在两个介质中的传播速度。

相位比较法适用于介质密度和厚度的变化较小的情况。

总之，测量超声波的声速是一项重要的实验技术，在多个领域有广泛应用。

不同的测
量方法各有优缺点，应根据需要选择合适的方法进行测量。

超声波声速的测量实验报告

超声波声速的测量实验报告超声波声速的测量实验报告引言：超声波是一种频率高于人类听觉范围的声波，具有广泛的应用领域，包括医学、工业和科学研究等。

测量超声波的声速是了解物质性质和结构的重要手段之一。

本实验旨在通过测量超声波在不同介质中的传播速度，探究超声波声速与介质性质之间的关系。

实验原理：超声波在介质中的传播速度与介质的密度和弹性模量有关。

根据弹性模量的定义，声速可以表示为声波在介质中传播的速度。

实验中使用的装置是一个超声波测速仪，它通过发射和接收超声波信号来测量声速。

在测量过程中，超声波信号从发射器发出，经过介质传播，然后被接收器接收。

通过测量超声波信号的传播时间和传播距离，可以计算出声速。

实验步骤：1. 准备工作：将超声波测速仪连接到电源，并确保仪器正常工作。

2. 实验准备：选择不同的介质，如水、玻璃和金属板，并准备相应的容器。

3. 测量过程：将发射器和接收器分别放置在介质中，并确保它们与介质的接触良好。

按下测量按钮，记录超声波信号的传播时间和传播距离。

4. 数据处理：根据测得的传播时间和传播距离，计算出声速。

重复实验多次，取平均值以提高测量精度。

实验结果：经过多次实验测量和数据处理，得到了不同介质中超声波的声速。

在水中，超声波的声速约为1500 m/s；在玻璃中，声速约为5000 m/s；在金属板中，声速约为6000 m/s。

讨论与分析：通过实验结果可以看出，不同介质中超声波的声速存在显著差异。

这是因为不同介质的密度和弹性模量不同，从而导致了声速的差异。

在水中，由于其密度较低，声速较慢；而在玻璃和金属板中，由于其密度和弹性模量较高，声速较快。

此外，实验中还发现声速与温度有关。

在实验过程中，我们发现随着温度的升高，声速也会增加。

这是因为温度的升高会导致介质的分子振动增加，从而增加了声波的传播速度。

结论：通过本实验，我们成功测量了不同介质中超声波的声速，并探究了声速与介质性质之间的关系。

实验结果表明，声速与介质的密度和弹性模量密切相关。

声学中的声音传播速度与不同介质的关系研究

声学中的声音传播速度与不同介质的关系研究声音是我们日常生活中不可或缺的一部分。

当我们说话、唱歌或者听音乐时，声音通过介质传播到我们的耳朵中。

然而，你是否曾经想过声音在不同介质中传播的速度有何不同呢？本文将探讨声学中的声音传播速度与不同介质的关系。

首先，我们需要了解声音是如何传播的。

声音是由物体振动产生的机械波。

当物体振动时，它会使周围的空气分子产生压缩和稀疏，从而形成声波。

这些声波以波动的形式传播，直到它们到达我们的耳朵。

在空气中，声音的传播速度约为每秒343米。

这是由于空气分子之间的相互作用引起的。

当声波传播时，空气分子会以高频率振动，从而传递声音。

然而，声音在不同介质中的传播速度是不同的。

当声音传播到液体中时，它的速度通常会更快。

这是因为液体分子之间的相互作用比空气分子之间的相互作用更强。

液体分子更紧密地排列在一起，因此声波能够更快地传播。

例如，水中声音的传播速度约为每秒1482米，比空气中的速度要快近四倍。

与液体相比，声音在固体中的传播速度更快。

这是因为固体分子之间的相互作用更强，分子之间的距离更小。

固体分子的紧密排列使声波能够更快地传播。

例如，声音在铁中的传播速度约为每秒5130米，比水中的速度要快近三倍。

除了介质的性质外，温度也会对声音的传播速度产生影响。

一般来说，温度越高，声音的传播速度越快。

这是因为在高温下，分子的热运动更剧烈，使声波能够更快地传播。

相反，在低温下，分子的热运动减缓，声波的传播速度相应减慢。

除了空气、液体和固体之外，声音还可以在其他介质中传播，如真空和等离子体。

然而，在真空中，声音无法传播，因为真空中没有分子来传递声波。

等离子体是一种高度电离的气体，声音在等离子体中的传播速度与空气相比可以更快。

声音传播速度与介质的关系对于很多应用具有重要意义。

例如，在医学领域，声波传播速度的差异被用于超声波成像。

超声波成像是一种常用的医学检查方法，通过测量声波在不同组织中的传播时间，可以生成人体内部的图像。