超声波产生及超声探测实验
超声波的原理及应用实验
超声波的原理及应用实验1. 超声波的概述超声波是指频率超过人类听觉范围（20kHz）的声波。
超声波利用高频的机械振动，在介质中传播，并通过回波信号的接收来进行探测和测量。
超声波具有穿透力强、方向性好、无损检测等特点，在各个领域有着广泛的应用。
2. 超声波的原理超声波是通过声源的振动产生，声波振动传递给介质分子，分子间距和振动频率相当，产生相互作用力。
超声波可以通过压电效应产生。
压电材料是一种特殊的材料，可以在外力作用下产生电荷，并且在电压作用下变形。
当压电材料收到外力振动时，材料内部的分子也会跟着振动。
由于超声波的频率特别高，所以压电材料内部的分子能够形成机械振动。
超声波在介质中的传播速度与介质的密度和弹性有关。
通常情况下，超声波通过气体的传播速度最低，而通过固体最高。
3. 超声波的应用3.1 超声波测距超声波测距利用超声波传输的时间来测量物体与传感器之间的距离。
当超声波传感器发出超声波，当超声波遇到物体的表面时，一部分的声波会被物体反射回传感器。
通过测量从发射到接收的时间，利用声波在介质中传播速度已知的情况下，可以计算出物体和传感器之间的距离。
3.2 超声波成像超声波成像是利用超声波在不同介质中传播速度不同的原理进行的。
通过发射超声波，超声波进入人体组织中，当遇到不同组织（如肌肉、骨骼、血管等）的边界时，一部分的超声波会被组织反射回来。
通过接收和处理反射回来的波形信号，可以形成图像，用于医学诊断、妇科检查等领域。
3.3 超声波清洗超声波清洗是利用超声波在液体中形成的微小气泡破裂的原理进行的。
当超声波通过液体时，会在液体中形成大量的微小气泡。
这些气泡在声波的作用下不断形成和破裂，产生冲击和涡旋，从而起到清洗的效果。
超声波清洗广泛应用于金属零件清洗、眼镜清洗等领域。
3.4 超声波检测超声波检测是利用超声波在介质中传播特点进行的。
通过超声波的发送和接收，可以检测到材料中的缺陷、裂纹、气泡等。
超声波检测可以进行无损检测，不需要破坏材料表面，应用于航空航天、建筑工程、医疗器械等领域。
专题实验-超声波测试原理及应用
1
tan 1 ( LB1
LA1 H
L )
（1.7
实验内容及要求 1． 测量直探头的延迟 利用 CSK-IB 试块 60 毫米的厚度进行测量。多次测量，求平均值。 2． 测量脉冲超声波频率和波长 利用 CSK-IB 试块 40 毫米厚度的 1 次回波进行测量；测量脉冲波 4 个振动周期的时间 t，
(3.10) (3.11)
实验内容及要求 1． 测量直探头的扩散角 利用 CSK-IB 试块横孔 A 和 B 进行测量，画出声束图形。 2． 探测 CSK-IB 试块中缺陷 C 的深度 利用直探头，采用绝对测量方法测量；多次测量，求平均值。 3． 探测 CSK-IB 试块中缺陷 D 的深度和距试块右边沿的距离 先测量斜探头的延迟、入射点、折射角和声速，在探测缺陷。
量（或已知）探头在该材质中的折
射角和声速。通常我们利用与被测
材料同材质的试块中两个不同深度
的横孔对斜探头的延迟、入射点、
折射角和声速进行测量。
参看图 3.5，A、B 为试块中的
两个横孔，让斜探头先后对正 A 和
B，测量得到它们的回波时间 tA、tB，
探头前沿到横孔的水平距离分别为
xA、xB，已知它们的深度为 HA、
实验三、超声波探测
实验方案 1． 声束扩散角的测量 如图 3.3 所示，利用直探头分别找到 B1 通孔对应的回波，移动探头使回波幅度最大，
并记录该点的位置 x0 及对应回波的幅度；然后向左边移动探头使回波幅度减小到最大振幅 的一半，并记录该点的位置 x1；同样的方法记录下探头右移时回波幅度下降到最大振幅一 半对应点的位置 x2；则直探头扩散角为：
图 2.1 纵波延迟测量
（1）直探头延迟测量（参看实验一）。 （2）斜探头延迟测量 参照图 2.2 把斜探头放在试块上，并使探头靠近试块正面，使探头的斜射声束能够同时 入射在 R1 和 R2 圆弧面上。适当设置超声波实验仪衰减器的数值和示波器的电压范围与时 间范围。在示波器上同时观测到两个弧面的回波 B1 和 B2。测量它们对应的时间 t1 和 t2。由 于 R2=2R2，因此斜探头的延迟为：
超声波测试原理及应用实验
超声波测试原理及应用实验超声波是一种频率高于人类听觉范围的声波，通常指的是频率大于20kHz的声波。
超声波的测试原理基于声波的传播和反射现象，在不同的物体材料中会产生不同的声波传播速度和反射特性，从而实现物体的测量和检测。
超声波的测试原理主要基于超声波的传播速度和反射特性。
当超声波经过被测物体时，会发生多次的反射和折射，这些反射和折射的特性可以被测量设备接收到并分析。
一般来说，超声波是通过发送装置产生的，然后通过传感器接收到反射的超声波信号，从而得到被测物体的信息。
通过测量超声波的传播时间和传播路径来计算被测物体的距离、尺寸、缺陷等信息。
超声波测试有许多应用领域。
以下是几个常见的应用实验：1.材料检测：超声波可以用来检测材料的物理性质和缺陷，例如金属材料的内部结构、液体的浓度、固体材料的厚度等。
通过测量超声波的传播时间和反射强度，可以判断材料的疾病情况，以及判断材料是否有裂缝、气泡等缺陷。
2.医学影像：超声波在医学领域有广泛的应用，例如超声心动图、超声波检查等。
该技术通过发送超声波到人体内部来生成图像，从而帮助医生诊断疾病。
超声波无辐射，无创伤和低成本，因此在医学领域具有很大的优势。
3.非破坏检测：超声波可以用于检测建筑物、桥梁、管道等结构的完整性和质量。
通过测量超声波的传播时间和反射信号，可以检测到结构内部的缺陷、腐蚀、松动等问题，从而及早发现并修复。
4.流体流速测量：超声波可以用来测量液体或气体的流速。
通过将超声波传播到流动介质中，测量其传播时间差来计算流速。
这种技术在能源领域、环境监测和流体力学实验中广泛应用。
总之，超声波测试是一种非接触、高精度和多功能的测试方法。
通过测量超声波的传播时间和反射特性，可以获得被测物体的距离、尺寸、缺陷等信息。
超声波测试在材料科学、医学、工程技术等领域具有广泛的应用前景和重要意义。
大物实验报告-超声波
超声波原理及其应用专题试验论文专业：土木工程XX：makasha学号：----指导教师：---试验日期：2021.10.14试验时段：04超声波原理及其应用专题试验论文摘要：主要介绍超声波的产生原理与传播、超声波声速的测量、利用超声波测量固体的弹性常数以及超声波的探测与成像根本原理。
通过对实验的操作过程的反思与总结，加深对超声波的认识和了解。
关键词：超声波产生原理与传播超声波声速固体弹性常数背景：自19世纪末到20世纪初，在物理学上发现了压电效应与反压电效应之后，人们解决了利用电子学技术产生超声波的方法，从此迅速揭开了开展与推广超声技术的历史篇章。
本文主要介绍关于超声波的根本知识和通过动手实验验证的一些结论。
论述：一、超声波的产生原理与传播1、产生某些固体物质，在压力〔或拉力〕作用下产生形变，从而是物质本身方案，在物体相对的外表出现正、负舒服电荷，这一效应称为压电效应。
如果晶体片内部的质点的振动方向垂直于晶体的平面，那么晶片向外发射的就是超声纵波。
超声波在介质中传播可以有不同的波形，它取决于介质可以介质可以承受何种作用力以及如何对介质激发超声波。
2、传播超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律，通常以纵波的方式在弹性介质内会传播，是一种能量的传播形式，与可听声波的规律没有本质上的区别。
波型通常有三种：〔1〕横波：当介质中质点的振动方向与超声波的传播方向垂直时，此种超声波为横渡波型。
犹豫固体介质除了能承受体积形变外，还能承受切变变形，因此当其有剪切力交替作用于固体介质时，均能产生横波。
横波只能在固体介质中传播。
〔2〕纵波：当介质内质点振动方向与超声波的传播方向一致时，此超声波为纵波波型。
任何同体介质当其体积发生交替变化时均能产生纵波。
〔3〕外表波：是沿着固体外表传播的具有纵波和横波双重性质的波。
外表波可以看成是由平行于外表的纵波和垂直于外表的横波合成，振动质点的轨迹为一椭圆，在距离外表1/4波长深处振幅最大，随着深度的增加很快衰减，实际上距离外表一个波长以上的地方，质点的振动振幅就已经很微弱了。
超声的实验方法实验报告
一、实验目的1. 了解超声波的产生原理及其在生活中的应用。
2. 掌握超声波测量距离的方法。
3. 通过实验验证超声波在不同介质中的传播特性。
二、实验原理超声波是一种频率高于20kHz的声波，具有较强的穿透力和方向性。
超声波在介质中传播时，会受到介质的密度、弹性模量、泊松比等因素的影响。
本实验采用相位法测量超声波在空气中的传播速度，并通过实验验证超声波在不同介质中的传播特性。
三、实验器材1. 超声波发射器2. 超声波接收器3. 信号发生器4. 示波器5. 测量尺6. 玻璃管7. 水盆8. 甘油9. 粉末10. 铁块四、实验步骤1. 将超声波发射器和接收器分别固定在实验台上，两者之间的距离为L。
2. 打开信号发生器，调节频率为超声波频率，并观察示波器上发射器和接收器信号的相位差。
3. 记录下不同介质（空气、玻璃管、水盆、甘油、粉末、铁块）中的相位差。
4. 利用公式v = fλ（其中v为声速，f为频率，λ为波长）计算超声波在不同介质中的传播速度。
5. 通过实验验证超声波在不同介质中的传播特性。
五、实验数据及结果1. 超声波在空气中的传播速度：v = 343m/s2. 超声波在玻璃管中的传播速度：v = 5900m/s3. 超声波在水盆中的传播速度：v = 1480m/s4. 超声波在甘油中的传播速度：v = 1620m/s5. 超声波在粉末中的传播速度：v = 530m/s6. 超声波在铁块中的传播速度：v = 5940m/s六、实验分析1. 通过实验数据可以看出，超声波在不同介质中的传播速度存在差异，这与介质的密度、弹性模量、泊松比等因素有关。
2. 在实验过程中，发现超声波在玻璃管、水盆、甘油等介质中的传播速度较快，而在粉末、铁块等介质中的传播速度较慢。
3. 通过实验验证了超声波在空气中、玻璃管、水盆、甘油、粉末、铁块等介质中的传播特性。
七、实验结论1. 超声波在介质中的传播速度受到介质密度、弹性模量、泊松比等因素的影响。
物理实验技术中的超声波测量与成像方法
物理实验技术中的超声波测量与成像方法超声波是一种在物理实验技术中广泛应用的测量和成像方法。
它利用声波的传播和反射原理，通过超声波的探测和处理，实现对物体结构和性质的非破坏性检测和成像。
本文将对超声波测量与成像方法进行探讨，包括超声波的产生与传播、超声波的检测与成像以及超声波在材料科学、医学和工业领域的应用。
首先，我们需要了解超声波的产生和传播机制。
超声波是一种频率高于人类听觉范围的声波，常用的频率范围为1-20MHz。
超声波的产生通常采用压电效应，即利用压电晶体在电场激励下产生声波振动。
这种振动以脉冲形式传播，通过介质中的相继传递，形成波束。
超声波在传播过程中会遭遇到不同介质的界面，它会发生反射、折射和衍射等现象，这些现象对超声波的检测和成像至关重要。
接下来，我们来讨论超声波的检测与成像方法。
超声波的检测主要依靠超声探头或传感器，它能够将接收到的超声信号转化为电信号，并通过一系列电子设备进行放大、滤波和处理。
在超声波的成像中，常用的方法有超声波反射法和超声波透射法。
超声波反射法是利用超声波在物体界面上的反射来实现成像，通过探头发射超声波束，接收到反射回来的超声信号后进行重建，从而获得物体的内部结构信息。
超声波透射法则是探测超声波通过物体内部的传播特性，可以得到物体内部的声速分布、密度分布等参数。
此外，还有一种成像方法是超声波散射法，它是通过探测超声波在多个散射点上的反射和散射信号来重建物体的形状和材料特性。
在材料科学领域，超声波测量与成像方法应用广泛。
它能够提供关于材料的弹性、结构、缺陷、内部应力等信息，被广泛用于金属、陶瓷、复合材料等材料的质量控制和研究。
例如，超声波的声速和衰减与材料的组织结构和缺陷密切相关，可以用来评估材料的疏松程度、孔隙率和应力集中等。
此外，超声波成像还可以在材料中探测到微小的裂纹和缺陷，帮助检测和评估材料的损伤程度。
在医学领域，超声波成像是一种无创的诊断工具。
它通过超声波在人体组织中的传播和反射来获得器官和组织的形态和功能信息。
实验报告-超声实验
【实验题目】 超声实验【实验记录与分析】一 超声波及其探测器的主要性能的表征A 直探头（1） 观察超声脉冲波型，测量超声频率周期数=n 时间 =n T μs周期 ==n T T n / μs 频率 ==T f /1 MHz （2） 测量纵波声速与直探头延迟时间初始波时间 =0t μs 第一次反射波时间 =1t μs第二次反射波时间 =2t μs 样品厚度=H mm纵波声速 =-=)/(212t t H C mm/μs探头延迟时间 =--=2012t t t t d μs(3) 测量超声波扩散角（选做）小孔深度=B H mm 最大回波位置 =0x mm半高回波位置（左）=1x mm 半高回波位置（右）=2x mm扩散角=-=)2||arctan(221BH x x θ B 斜探头（1） 观察超声脉冲波型，测量超声频率周期数=n 时间 =n T μs周期 ==n T T n / μs 频率 ==T f /1 MHz（2） 测量横波声速、斜探头延迟时间以及入射点位置 小圆半径=1R mm 大圆半径=2R mm 探头前缘位置 =1L mm初始波时间 =0t μs 小圆回波时间 =1t μs 大圆回波时间 =2t μs 横波声速 =--=)/()(21212t t R R C mm /μs探头延迟时间 =---=0122112t R R t R t R t d μs 入射点与探头前缘的距离 =-=12L R L mm（3） 测量折射角（各个距离参见图1）=A L mm =B L mm =A H mm =B H mm=Ao L mm =Bo L mm()()=----=A B A B A B H H L L L L 00arctan β图1 折射角测量示意图（4） 测量超声波扩散角（选做）小孔深度=B H mm 最大回波位置 =0x mm半高回波位置（左）=1x mm 半高回波位置（右）=2x mm 扩散角=-=βθ221cos )2||arctan(2BH x x 二 超声探伤利用直探头测量缺陷深度 初始波时间=0t μs 缺陷反射波时间 =c t μs缺陷深度（计算） ==)/2--c(t H d 0c c t t mm缺陷深度（实测） ='c H mm 相对误差=-'c c 'c H /|H H |（1） 利用斜探头探测缺陷的深度和水平距离（各个距离参见图2）初始波时间=0t μs 缺陷反射波时间 =c t μs探头前缘位置 =c X mm缺陷深度（计算） ==βcos 2)--c(t H d 0c c t t mm 缺陷深度（实测） ='c H mm 相对误差=-'c c 'c H /|H H |缺陷水平位置（计算） =+-=c X L t t βsin 2)--c(t x d 0c c mm 缺陷水平位置（实测） ='c x mm 误差=-|x |c 'c x mm图2 超声探伤示意图三 超声成像(选作)【总结与讨论】成绩（满分30分）：⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽ 指导教师签名：⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽ 日期：⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽附：超声成像记录实验人：实验时间：。
超声波实验的原理和应用
超声波实验的原理和应用前言超声波是一种频率超过20kHz的声波，具有较短的波长和较强的穿透能力。
在科学研究、医学、工业等领域都有着广泛的应用。
本文将介绍超声波实验的原理和应用。
超声波的原理超声波的发生是通过压电效应产生的。
将交流电施加到压电晶体上，会引起晶体的振动，从而产生超声波。
超声波在传播过程中遵循声波的规律，可以在介质中传递、反射和折射。
其传播速度和频率与所在介质的性质有关。
超声波的频率通常在20kHz至1MHz之间，可以通过调整电压频率来改变超声波的频率。
超声波的波长较短，因此具有较强的穿透能力，可以穿透普通材料如水、金属和绝大部分固体。
超声波在不同介质中的传播速度不同，可以利用这个特性进行测量和成像。
超声波实验的应用超声波实验在科学研究、医学和工业领域有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用：1. 超声波测距超声波测距是利用超声波的穿透能力和反射特性来测量物体的距离。
通过发送超声波并测量超声波从物体反射回来所需的时间，可以计算出物体与超声波发射器之间的距离。
这项技术被广泛应用于测量、探测和避障等领域。
2. 超声波成像超声波成像是利用超声波在不同介质中的传播速度差异来生成物体的图像。
通过探头发射超声波，然后接收反射回来的超声波信号，可以根据信号的时间和强度差异来生成图像。
超声波成像在医学中被广泛使用，用于检查人体内部器官的结构和异常情况。
3. 超声波清洗超声波清洗利用超声波的高频振动来清洗物体表面。
将需要清洗的物体放入超声波清洗器中，超声波的振动将物体表面的污垢和杂质从物体上剥离。
超声波清洗可以有效地清洗复杂形状的物体，广泛应用于实验室、医疗器械、珠宝和眼镜等领域。
4. 超声波焊接超声波焊接是一种利用超声波振动加热来实现材料焊接的方法。
将需要焊接的材料放置在超声波焊接机中，超声波振动将材料表面摩擦加热，达到焊接的目的。
超声波焊接因为可以实现非接触、快速、无需添加其他材料等特点，在电子、汽车和塑料加工等领域有着广泛的应用。
超声波实验报告
超声波实验报告超声波实验报告实验目的：通过实验观察超声波在不同介质中传播的情况，并探究超声波在不同介质中的传播速度。
实验器材：超声发生器、示波器、超声传感器、水槽、玻璃棒、水、酒精等。
实验原理：超声波是频率超过20kHz的声波，是一种机械波。
超声波的产生和探测都依靠超声波发生器和接收器（超声传感器）。
超声波在不同介质中的传播速度与介质的性质有关，一般而言，传播速度较大的介质声波传播速度也较大。
实验步骤：1. 将超声发生器和示波器连接起来，保证它们的电源和地线连接正确。
2. 安装超声传感器在超声发生器上，并将传感器的信号线与示波器连接。
3. 将超声传感器放入水槽内，浸泡在水中。
4. 分别设置超声发生器和示波器的频率和扫描时间。
5. 打开超声发生器和示波器，开始实验。
6. 调节示波器的扫描时间，观察示波器上显示的超声波形，记录下相应的测量数据。
7. 更换水槽中的介质为酒精，重复步骤4、5、6。
实验结果：在水中传播的超声波的频率为40kHz，在示波器上显示出较稳定的正弦波形。
通过测量得出超声波在水中的传播速度为1500 m/s。
在酒精中传播的超声波的频率为40kHz，在示波器上显示出较稳定的正弦波形。
通过测量得出超声波在酒精中的传播速度为1200 m/s。
实验分析：通过实验结果可以看出，超声波在不同介质中传播的速度不同，这是由于介质的性质不同导致的。
在各种常见的液体介质中，水的传播速度较大，而酒精的传播速度较小。
这是因为水的密度较高，分子间的相互作用力较大，导致声波传播速度较快；而酒精的密度较低，分子间的相互作用力较小，导致声波传播速度较慢。
实验结论：通过本次实验，得出了超声波在水和酒精中的传播速度分别为1500 m/s和1200 m/s。
超声波在不同介质中的传播速度与介质的性质有关，一般而言，介质的密度越大，声波传播速度越快。
超声学实验报告手写
超声学实验报告手写日期：XXXX年XX月XX日实验目的1. 了解声音的产生和传播原理；2. 学习超声波的特性和超声检测技术；3. 熟悉超声波在医学影像中的应用。
实验器材与原理器材1. 超声波发生器2. 超声波探头3. 示波器4. 计算机原理超声波是指频率高于20kHz的声波，由于其频率较高，能够产生较短的波长，因此在传播过程中表现出很强的直线传播特性。
超声波在介质中传播时会发生折射、反射和散射等现象，利用这些特性可以实现对物体的探测和成像。
实验步骤1. 将超声波发生器和超声波探头连接好，接通电源；2. 调节超声波发生器的频率和幅度，观察超声波的传播过程；3. 放置不同形状和材质的物体在超声波探头前方，观察超声波与物体的相互作用；4. 利用示波器连接超声波探头，观察超声波信号的波形；5. 将示波器与计算机连接，将超声波信号转化为数字信号，并进行数据处理；6. 根据数据处理的结果，通过计算机显示出物体的超声图像。
实验结果与分析通过实验观察，我们发现超声波在传播过程中并不受空气的影响，因此可以在无氧的环境中进行探测。
同时，超声波在传播过程中会受到不同材料物体的反射和散射的影响，从而得到物体的形状和内部结构信息。
通过示波器观察超声波信号的波形，我们发现它的幅度较小且频率较高，这与超声波的特点相符。
将超声波信号转化为数字信号后，利用计算机进行数据处理，我们可以得到物体的超声图像。
通过对超声图像的分析，我们可以判断出物体的组织结构、检测器件中的缺陷等信息。
然而，需要注意的是，在超声波成像中，由于不同材料的声阻抗不同，会产生一定的反射和折射，从而影响成像的清晰度和准确性。
因此，在实际应用中，我们需要根据情况选择合适的超声波频率和探头类型，使得成像效果达到最优。
实验总结通过本次实验，我们初步了解了超声学的基本原理和应用。
超声波作为一种无损检测技术，在医学影像学、工业检测和无损检测等领域得到了广泛应用。
然而，还有许多关于超声波声场调制、超声探头设计和成像算法等方面的研究需要深入。
超声波探测实验实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解超声波的基本原理及其在探测中的应用。
2. 掌握超声波探测仪器的操作方法和使用技巧。
3. 通过实验，验证超声波探测技术在实际测量中的应用效果。
二、实验原理超声波探测技术是利用超声波在介质中传播的特性，通过发射、接收和反射等过程来获取被测物体内部结构信息的一种非接触式检测方法。
超声波探测的原理如下：1. 超声波的产生：利用压电换能器将电能转换为超声波能量。
2. 超声波的传播：超声波在介质中传播，遇到不同介质的界面时会发生反射、折射和透射等现象。
3. 超声波的接收：接收换能器接收反射回来的超声波信号。
4. 信号处理：通过信号处理技术，提取出有用的信息，如距离、速度、厚度等。
三、实验设备1. 超声波探测仪2. 超声波发射器3. 超声波接收器4. 试块（用于模拟被测物体）5. 计时器6. 示波器7. 数据采集器四、实验步骤1. 连接设备：将超声波发射器、接收器、探测仪和试块连接好。
2. 调整参数：根据实验要求，设置探测仪的频率、灵敏度等参数。
3. 放置试块：将试块放置在实验台上，确保其稳定。
4. 发射超声波：打开超声波发射器，向试块发射超声波。
5. 接收反射波：打开超声波接收器，接收试块反射回来的超声波信号。
6. 观察波形：使用示波器观察反射波波形，记录反射波的时间、幅度等信息。
7. 数据处理：根据反射波的时间和幅度，计算出被测物体的厚度、距离等参数。
8. 重复实验：改变试块的位置和角度，重复实验步骤，验证实验结果的准确性。
五、实验结果与分析1. 反射波时间：通过实验，我们得到了不同位置和角度下反射波的时间。
根据反射波时间和超声波在介质中的传播速度，可以计算出被测物体的厚度。
2. 反射波幅度：反射波幅度反映了超声波在试块中的衰减程度，从而可以判断试块内部是否存在缺陷。
3. 实验误差：实验过程中，由于设备精度、环境因素等原因，可能会产生一定的误差。
通过多次实验，我们可以分析误差产生的原因，并采取措施减小误差。
超声实验报告
超声实验报告近代物理实验报告实验名称:超声实验摘要：本实验通过使用一台数字智能化的“超声波分析测试仪”，利用超声波的特性测量其纵波和横波在钢和铝中的波速，进而计算固体介质常用参数，并利用利用超声扫描成像进行水下模拟观测。
一、实验目的１．了解超声波产生和发射的机理；２．了解超声探头的结构及作用；３．学习用超声法来测量固体介质常用参数的方法；４．学习超声扫描成像技术的应用。
二、实验原理1.超声波的发射和接收超声波换能器是使其他形式的能量转换成超声能量（称发射换能器）或使超声能量转换成其他易于检测的能量（称接收换能器），其中应用最多的是声电、电声换能器：当一个电脉冲作用到探头上时，探头就发射超声脉冲，反之，当一个超声脉冲作用到探头上时，探头就产生一个电脉冲。
有了探头，再配上电信号的产生和接收等装置，就构成了整套超声波检测系统。
产生超声波的方法有很多种，如热学法、力学法、静电法、电磁法、磁致伸缩法、激光法以及压电法等等，但应用得最普遍的方法是压电法。
1). 压电效应某些介电体在机械压力的作用下会发生形变，使得介电体内正负电荷中心相对位移以致介电体两端表面出现符号相反的束缚电荷，其电荷密度与压力成正比，这种由“压力”产生“电”的现象称为正压电效应，如1（a）所示。
(a)图1 压电效应示意图(a)正压电效应(b)逆压电效应反之，如果将具有压电效应的介电体置于外电场中，电场会使介质内部正负电荷中心位移，从而导致介电体产生形变，这种由“电”产生“机械形变”的现象称为逆压电效应，如图1（b）所示。
逆压电效应只产生于介电体，形变与外电场呈线性关系，且随外电场反向而改变符号。
如果对具有压电效应的材料施加交变电压，那么它在交变电场的作用下将发生交替的压缩和拉伸形变，由此而产生了振动，并且振动的频率与所施加的交变电压的频率相同，若所施加的电频率在超声波频率范围内，则所产生的振动是超声频的振动，即超声波的产生。
我们把这种振动耦合到弹性介质中去，那么在弹性介质中传播的波即为超声波，这利用的是逆1(b)近代物理实验报告压电效应，若利用正压电效应可将超声能转变成电能，这样就可实现超声波的接收。
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⼤学物理实验超声波速测量实验报告⼀实验⽬的1.了解超声波的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的吸收系数及反射⾯的反射系数；4.并运⽤超声波检测声场分布。
5.学习超声波产⽣和接收原理，6.学习⽤相位法和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.观察和测量声波的双缝⼲涉和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、超声波的有关物理知识声波是⼀种在⽓体。
液体、固体中传播的弹性波。
声波按频率的⾼低分为次声波（f＜20Hz）、声波（20Hz≤f≤20kHz）、超声波（f>20kHz）和特超声波（f≥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的震荡波：横波：质点振动⽅向和传播⽅向垂直的波，它只能在固体中传播。
纵波：质点振动⽅向和传播⽅向⼀致的波，它能在固体、液体、⽓体中的传播。
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的波，介质表⾯的质点做椭圆的振动，因此表⾯波只能在固体中传播且随深度的增加衰减很快。
板波：在板厚与波长相当的弹性薄板中传播的波，可分为SH 波与兰姆波。
超声波由于其波长短、频率⾼，故它有其独特的特点：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的频率传的更远，⽽且在液体⾥的衰减和吸收是⽐较低的；能在异质界⾯产⽣反射、折射和波形转换。
2、理想⽓体中的声速值声波在理想⽓体中的传播可认为是绝热过程，因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 为⽓体的热⼒学温度，若以摄⽒温度t 计算，则：t T T +=0K T 15.2730=代⼊式(1)得，00001V 1)(V T t T t T rRt T rR++?+=＝＝µµ (2) 对于空⽓介质，0℃时的声速0V =331.45m /s 。
超声实验报告
超声实验报告超声实验报告引言超声波是一种频率高于人类可听到的声音的声波。
它在医学、工业和科学研究中有着广泛的应用。
本实验旨在探究超声波的特性和应用，并通过实验验证相关理论。
一、超声波的生成和传播超声波的生成主要依赖于压电效应，即将电能转化为机械振动。
在实验中，我们使用了压电陶瓷片作为超声波的发射源。
当施加电压时，压电陶瓷片会振动产生超声波。
超声波在空气中传播时，会遇到折射、反射和散射等现象，这些现象会影响超声波的传播路径和强度。
二、超声波的接收和测量超声波的接收主要依赖于压电效应的逆过程，即将机械振动转化为电能。
在实验中，我们使用了压电陶瓷片作为超声波的接收器。
当超声波传播到接收器上时，它会使压电陶瓷片振动，产生电信号。
通过连接示波器，我们可以测量并观察到超声波的接收信号。
三、超声波的频率和波长超声波的频率是指在单位时间内波动的次数，通常以赫兹（Hz）为单位。
而波长则是指在一个完整波动周期内的长度。
在实验中，我们可以通过改变发射器的频率和测量接收信号的时间间隔，来计算超声波的频率和波长。
四、超声波的衍射和干涉超声波在传播过程中也会发生衍射和干涉现象。
衍射是指当超声波通过一个孔或绕过一个障碍物时，波的传播方向发生改变。
干涉是指两个或多个超声波波峰和波谷相遇时，产生增强或减弱的现象。
这些现象使得超声波的传播和成像更加复杂和多样化。
五、超声波在医学中的应用超声波在医学领域有着广泛的应用。
它可以用于产前检查、器官成像、肿瘤检测等。
通过超声波的成像技术，医生可以非侵入性地观察和评估人体内部的结构和病变，为疾病的诊断和治疗提供重要依据。
结论通过本次实验，我们深入了解了超声波的生成、传播和接收原理，并验证了相关理论。
超声波作为一种重要的声波类型，在医学、工业和科学研究中发挥着重要作用。
通过不断的实验和研究，我们相信超声波的应用领域还会不断拓展和创新。
超声物理实验报告
一、实验目的1. 了解超声波的物理特性及其产生机制。
2. 学会用相位法测量超声波声速，并学会用逐差法处理数据。
3. 测量超声波在介质中的吸收系数及反射面的反射系数。
4. 运用超声波检测声场分布。
5. 学习超声波产生与接收原理，并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。
6. 观察与测量声波的双缝干涉与单缝衍射。
二、实验原理超声波是一种频率高于20000Hz的声波，超出了人耳的听觉范围。
超声波具有方向性好、穿透能力强、易于获得较集中的声能等特点，在工业、医疗、科研等领域有着广泛的应用。
本实验中，我们主要采用相位法测量超声波声速。
相位法的基本原理是：当超声波从一种介质传播到另一种介质时，其频率不变，但波长和速度会发生变化。
通过测量超声波在介质中的传播时间，可以计算出其声速。
三、实验仪器1. 型声速测量综合实验仪2. 示波器3. 信号发生仪四、实验步骤1. 仪器连接：将型声速测量综合实验仪、示波器和信号发生仪按照说明书的要求连接好。
2. 调节仪器：调整信号发生器的频率和幅度，使示波器上显示的波形稳定。
3. 测量超声波声速：a. 将发射换能器固定在实验台上，接收换能器置于发射换能器正前方。
b. 打开信号发生器，调整频率和幅度，使示波器上显示的波形稳定。
c. 记录示波器上波形的时间间隔，即为超声波在空气中的传播时间。
d. 重复上述步骤，进行多次测量，取平均值。
4. 测量超声波在介质中的吸收系数：a. 将介质置于发射换能器和接收换能器之间。
b. 重复步骤3，记录示波器上波形的时间间隔。
c. 根据公式计算超声波在介质中的吸收系数。
5. 测量反射面的反射系数：a. 将反射面置于发射换能器和接收换能器之间。
b. 重复步骤3，记录示波器上波形的时间间隔。
c. 根据公式计算反射面的反射系数。
6. 运用超声波检测声场分布：a. 将发射换能器固定在实验台上，接收换能器置于发射换能器正前方。
b. 打开信号发生器，调整频率和幅度，使示波器上显示的波形稳定。
【大学物理实验(含 数据+思考题)】超声波材料检测实验报告
超声探伤及特性综合实验一、实验目的1、了解超声波产生和接收方法；2、认识超声脉冲波及其特点；3、测量超声波在固体材料中的传播速度和波长；4、通过实验了解超声波探伤的基本原理。
二、实验仪器超声波探伤及特性综合实验仪、示波器、铝试块、耦合剂（水）等。
三、实验原理1.超声波超声波是频率在2X104Hz～1012Hz的声波。
超声波的波长比一般声波要短，具有较好的各向异性而且能透过不透明物质，这一特性已被用于超声波探伤和超声成像技术。
利用超声的机械作用、空化作用，可进行超声焊接、钻孔、固体的粉碎、去锅垢、清洗、灭菌等。
2.超声波的产生压电效应：某些固体物质，在压力（或拉力）的作用下产生形变，从而使物质本身极化，在物体相对的表面出现正、负束缚电荷，这一效应称为压电效应。
逆压电效应：当一个晶体受电场作用时，其正负离子向相反的方向移动，于是产生了晶体的变形，这一效应是逆压电效应。
,)，其具有压电效压电陶瓷：具有自发极化现象的晶体，如钛酸钡（BaTiCO3应和逆压电效应，叫压电陶瓷。
压电晶片：压电陶瓷被加工成平面状，并在正反两面分别镀上银层作为电极，其被称为压电晶片。
当给压电晶片两极施加一个电压短脉冲时，晶片将发生弹性形变而产生弹性振荡，适当选择晶片的厚度可以得到超声波。
在晶片的振动过程中，由于能量的减少，其振幅也逐渐减小，因此它发射出的是一个超声波波包，通常称为脉冲波。
3.超声波的传播和接收超声波在材料内部传播时，与被检对象相互作用发生散射，散射波被同一压电换能器接收，由于正压效应，振荡的晶片在两极产生振荡的电压，电压被放大后可以用示波器显示。
4.直探头延迟和试块纵波声速、频率及波长的测量(1）超声波有多种波型：纵波波型／横波波型和表面波波型。
三种超声波:①纵波(介质质点的振动方向与超声波的传播方向一致，介质：固体, 液体,气体)②横波（介质中质点的振动方向与超声波的传播方向相垂直，介质：固体）③表面波（沿着介质表面传播, 由平行于表面的纵波和垂直于表面的横波合成，介质：固体和液体表面）本实验通过直探头产生超声纵波。
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专题实验请同学们先看下后边的注意事项！超声波测试原理及应用超声波是频率在2⨯104Hz~1012Hz的声波。
超声广泛存在于自然界和日常生活中，如老鼠、海豚的叫声中含有超声成分，蝙蝠利用超声导航和觅食；金属片撞击和小孔漏气也能发出超声。
人们研究超声始于1830年，F. Savart曾用一个多齿轮，第一次人工产生了频率为2.4⨯104Hz的超声；1912年Titanic客轮事件后，科学家提出利用超声预测冰山；1916年第一次世界大战期间P. Langevin领导的研究小组开展了水下潜艇超声侦察的研究，为声纳技术奠定了基础；1927年，R. W. Wood 和A. E. Loomis 发表超声能量作用实验报告，奠定功率超声基础；1929年俄国学者Sokolov提出利用超声波良好穿透性来检测不透明体内部缺陷，以后美国科学家Firestone使超声波无损检测成为一种实用技术。
超声波测试把超声波作为一种信息载体，它已在海洋探查与开发、无损检测与评价、医学诊断等领域发挥着不可取代的独特作用。
例如，在海洋应用中，超声波可以用来探测鱼群或冰山、潜艇导航或传送信息、地形地貌测绘和地质勘探等。
在检测中，利用超声波检验固体材料内部的缺陷、材料尺寸测量、物理参数测量等。
在医学中，可以利用超声波进行人体内部器官的组织结构扫描（B超诊断）和血流速度的测量（彩超诊断）等。
本实验简单介绍超声波的产生方法、传播规律和测试原理，通过对固体弹性常数的测量了解超声波在测试方面应用的特点；通过对试块尺寸的测量和人工反射体定位了解超声波在检验和探测方面的应用。
实验所用的仪器设备和主要器材包括：JDUT-2型超声波实验仪、GOS-620型示波器（20MHz）、CSK-IB型铝试块、钢板尺、耦合剂（水）等。
实验一、超声波的产生与传播能够产生超声波的方法很多，常用的有压电效应方法、磁致伸缩效应方法、静电效应方法和电磁效应方法等.我们把能够实现超声能量与其他形式能量相互转换的器件称为超声波换能器。
一般情况下，超声波换能器既能用于发射又能用于接收.在本专题实验中，我们采用压电效应实现超声波信号与电信号的转换，即压电换能器，它是利用压电材料的压电效应实现超声波的发射和接收。
实验目的1．了解超声波产生和接收方法；2．认识超声脉冲波及其特点；实验原理1．压电效应某些固体物质，在压力（或拉力）的作用下产生变形，从而使物质本身极化，在物体相对的表面出现正、负束缚电荷，这一效应称为压电效应。
物质的压电效应与其内部的结构有关。
如石英晶体的化学成分是SiO2，它可以看成由+4价的Si离子和-2价O离子组成。
晶体内，两种离子形成有规律的六角形排列，如图ZZ-1所示。
其中三个正原子组成一个向右的正三角形，正电中心在三角形的重心处。
类似，三个负原子对（六个负原子）组成一个向左的三角形，其负电中心也在这个三角形的重心处。
晶体不受力时，两个三角形重心重合，六角形单元是电中性的。
整个晶体由许多这样的六角形构成，也是电中性的。
图1.1 石英晶体的压电效应当晶体沿x 方向受一拉力，或沿y 方向受一压力，上述六角形沿x 方向拉长，使得正、负电中心不重合。
尽管这是六角形单元仍然是电中性的，但是正负电中心不重合，产生电偶极矩p 。
整个晶体中有许多这样的电偶极矩排列，使得晶体极化，左右表面出现束缚电荷。
当外力去掉，晶体恢复原来的形状，极化也消失。
（许多大学物理教材都有关于电极化理论的介绍）由于同样的原因，当晶体沿y 方向受拉力，或沿x 方向受压力，正原子三角形和负原子三角形都被压扁，也造成正、负电中心不重合。
但是这时电偶极矩的方向与x 方向受拉力时相反，晶体的极化方向也相反。
这就是压电效应产生的原因。
当外力沿z 轴方向（垂直于图ZZ1中的纸面方向），由于不造成正负电中心的相对位移，所以不产生压电效应。
由此可见，石英晶体的压电效应是有方向性的。
当一个不受外力的石英晶体受电场作用，其正负离子向相反的方向移动，于是产生了晶体的变形。
这一效应是逆压电效应。
还有一类晶体，如钛酸钡（BaTiCO 3），在室温下即使不受外力作用，正负电中心也不重合，具有自发极化现象。
这类晶体也具有压电效应和逆压电效应，它们多是由人工制成的陶瓷材料，又叫压电陶瓷。
本实验中超声波换能器采用的压电材料为压电陶瓷。
2． 脉冲超声波的产生及其特点用作超声波换能器的压电陶瓷被加工成平面状，并在正反两面分别镀上银层作为电极，这样被称为压电晶片。
当给压电晶片两极施加一个电压短脉冲时, 由于逆压效应，晶片将发生弹性形变而产生弹性振荡, 振荡频率与晶片的声速和厚度有关, 适当选择晶片的厚度可以得到超声频率范围的弹性波, 即超声波。
在晶片的振动过程中，由于能量的减少，其振幅也逐渐减小，因此它发射出的是一个超声波波包，通常称为脉冲波，如图1.2所示。
超声波在材料内部传播时， 图1.2 脉冲波的产生 与被检对象相互作用发生散射，散射波被同一压电换能器接收, 由于正压效应, 振荡的晶片在两极产生振荡的电压, 电压被放大后可以用示波器显示。
图1.3(a)为超声波在试块中传播的示意图。
图1.3(b)为示波器接收得到的超声波信号。
图中，t 0为电脉冲施加在压电晶片的时刻，t 1是超声波传播到试块底面，又反射回来，被同一个探头接收的时刻。
因此，超声波在试块中的传播到底面的时间为2/)(01t t t -=（1.1）如果试块材质均匀，超声波声速c一定，则超声波在试块中的传播距离为（1.2）S.t c图1.3 脉冲超声波在试块中的传播（a）及示波器的接收信号(b)3．超声波波型及换能器种类如果晶片内部质点的振动方向垂直于晶片平面，那么晶片向外发射的就是超声纵波。
超声波在介质中传播可以有不同的波型，它取决于介质可以承受何种作用力以及如何对介质激发超声波。
通常有如下三种:纵波波型：当介质中质点振动方向与超声波的传播方向一致时，此超声波为纵波波型。
任何固体介质当其体积发生交替变化时均能产生纵波。
横波波型：当介质中质点的振动方向与超声波的传播方向相垂直时，此种超声波为横波波型。
由于固体介质除了能承受体积变形外，还能承受切变变形，因此，当其有剪切力交替作用于固体介质时均能产生横波。
横波只能在固体介质中传播。
表面波波型：是沿着固体表面传播的具有纵波和横波的双重性质的波。
表面波可以看成是由平行于表面的纵波和垂直于表面的横波合成, 振动质点的轨迹为一椭圆，在距表面1/4波长深处振幅最强，随着深度的增加很快衰减，实际上离表面一个波长以上的地方，质点振动的振幅已经很微弱了。
1-外壳2-晶片3-吸收背衬4-电极接线5-匹配电感6-接插头7a-保护膜7b-斜楔图1.4直探头和斜探头的基本结构(a)直探头 (b)斜探头在实际应用中，我们经常把超声波换能器称为超声波探头。
实验中，常用的超声波探头有直探头和斜探头两种，其结构如图1.4所示。
探头通过保护膜或斜楔向外发射超声波；吸收背衬的作用是吸收晶片向背面发射的声波，以减少杂波；匹配电感的作用是调整脉冲波的波的形状。
一般情况下，采用直探头产生纵波，斜探头产生横波或表面波。
对于斜探头，晶片受激发产生超声波后，声波首先在探头内部传播一段时间后，才到达试块的表面，这段时间我们称为探头的延迟。
对于直探头，一般延迟较小，在测量精度要求不高的情况下，可以忽略不计。
4． 超声波的反射、折射与波型转换在斜探头中，从晶片产生的超声波为纵波，它通过斜楔使超声波折射到试块内部，同时可以使纵波转换为横波。
实际上，超声波在两种固体界面上发生折射和反射时，纵波可以折射和反射为横波，横波也可以折射和发射为纵波。
超声波的这种现象称为波型转换，其图解如图1.5所示。
图1.5 超声波的反射、折射和波型转换超声波在界面上的反射、折射和波型转换满足如下斯特令折射定律： 反射：SSL L C C C 11sin sin sin ααα== （1.3a ）折射： SSL L C C C 22sin sin sin ββα== （1.3b ）其中，αL 和αS 分别是纵波反射角和横波反射角；βL 和βS 分别是纵波折射角和横波折射角；C 1L 和C 1S 分别是第1种介质的纵波声速和横波声速；C 2L 和C 2S 分别是第2种介质的纵波声速和横波声速。
实验方案1． 直探头延迟的测量及直接测量铝试块中纵波声速参照附录A 连接JDUT-2型超声波实验仪和示波器。
超声波实验仪接上直探头，并把探头放在CSK-IB 试块的正面，仪器的射频输出与示波器第1通道相连，触发与示波器外触发相连，示波器采用外触发方式，适当设置超声波实验仪衰减器的数值和示波器的电压范围与时间范围，使示波器上看到的波形如图1.7所示。
在图1.7中，S 称为始波，t 0对应于发射超声波的初始时刻；B 1称为 图1.7直探头延迟的测量试块的1次底面回波，t 1对应于超声波传播到试块底面，并被发射回来后，被超声波探头接收到的时刻，因此t 1对应于超声波在试块内往复传播的时间；B 2 称为试块的2次底面回波，它对应于超声波在试块内往复传播到试块的上表面后，部分超声波被上表面反射，并被试块底面再次反射，即在试块内部往复传播两次后被接收到的超声波。
依次类推，有3次、4次和多次底面反射回波。
从示波器上读出传播t 1和t 2，则直探头的延迟为212t t t -=(1.6)利用附录里测块的厚度，结合延迟时间测量铝试块中纵波声速。
实验内容及要求1． 测量直探头的延迟及直接测量铝试块中纵波声速利用CSK-IB 试块60毫米的厚度进行测量。
多次测量，求平均值。
实验二、超声波探测光波只能穿过透明介质；电磁波只能穿过非导电介质；超声波是一种弹性波, 能够在弹性介质中传播，而所有物质都可视为弹性介质，因此超声波对所有介质都是“透明”的。
一般情况下，超声在液体和固体中传播的距离比气体中的传播距离要远得多；例如在海洋探测中，可以用超声波来探测数千米的目标。
这也是超声被广泛应用于探测的主要原因之一。
利用超声波进行探测的另一个原因是超声探头发射的能量具有较强的指向性。
指向性是指超声波探头发射声束扩散角的大小。
扩散角越小，则指向性越好，对目标定位的准确性越高。
在固体材料的尺寸测量、无损检测、超声诊断、潜艇导航等超声应用中，都利用了超声波的这一特点。
本实验在了解超声波探头指向性的基础上，学习超声波用于探测的基本方法。
实验目的1． 理解超声波探头的指向性；2． 掌握超声波探测原理和定位方法。
实验原理超声探头发射能量的指向性与探头的几何尺寸和波长有直接的关系。
一般来讲，波长越小，频率越高，指向性越好；尺寸越大，指向性越好。
可以用公式表示如下：)22.1(sin 21Dλθ-=（3.1）图3.1是超声波探头的指向性与其尺寸和波长关系的示意图。