西安交通大学物理仿真实验实验报告(2)

1、建筑物理仿真实验报告超声波测声速班级：计算机11学号：2110505018 姓名：司默涵西安交通大学实验报告第1 页（共10页）课程： 大学物理实验 实验 日期： 2012 年 11月 26日专业班号计算机11 组别 无 交报告日期：2012年 11月 30 日姓 名 司默涵 学号 2110505018 报 告退发：（订正、重做） 同组者 司默涵 教师审批签字:实验名称：超声波测声速、实验目的:1 .了解超声波的产生、发射、和接收方法;2 .用驻波法、相位比较法测量声速。、实验仪器：SV-DH系列声速测试仪，示波器，声速测试仪信号源三、实验原理:由波动理论可知，波速与波长、频率有如下关系：v

2、= f，乐要知道频率和波长就可以求出波速。本实验通过低频信号发生器控制换能器，信号发生器的输 出频率就是声波频率。声波的波长用驻波法（共振干涉法）和行波法（相位比较 法）测量。下图是超声波测声速实验装置图。1.驻波法测波长由声源发出的平 入射波与发射波叠加,1111ft- -面波经前方的平面反射后, 它们波动方程分别是：叠加后合成波为:y = (24cm 2忒!cos 2啦振幅最大的各点称为波腹，其对应位置：X = 土加 2( n 二0,1, 2, 3 )振幅最小的各点称为波节，其对应位置：X = ±(2« +1)兄/4( 口 =Q,，2, 3)因此只要测得相邻两波腹(或波

3、节)的位置 Xn、Xn-1即可得波长。2.相位比较法测波长从换能器S1发出的超声波到达接收器 S2,所以在同一时刻S1与S2处的波 有一相位差：炉=2而心 o因为x改变一个波长时，相位差就改变2冗。利用 李萨如图形就可以测得超声波的波长。四、实验内容及操作步骤：1 .接线2 .调整仪器(1)示波器的使用与调整使用示波器时候，请先调整好示波器的聚焦。然后鼠标单击示波器的输入信 号的接口，把信号输入示波器。接着调节通道 1, 2的幅度微调，扫描信号的时 基微调。最后选择合适的垂直方式选择开关， 触发源选择开关，内触发源选择开 关，Auto-Norm-X-Y开关，在示波器上显示出需要观察的信号波形。

4、 输入信道的 信号是由实验线路的连接决定的。(2)信号发生器的调整根据实验的要求调整信号发生器， 产生频率大概在35KHz左右，幅度为5V 的一个正弦信号。由于本实验测声速的方法需要通过换能器(压电陶瓷)共振把 电信号转为声信号，然后再转为电信号进行的，所以在开始测量前需要调节信号 的频率为换能器的共振频率。在寻找共振频率时，通过调节信号发生器的微调旋 钮，观察示波器上信号幅度是否为最大来逐步寻找的。(3)超声速测定仪的使用在超声速测定仪中，左边的换能器是固定的，右边的换能器是与游标卡尺的 滑动部分连接在一起的。这样，左右换能器间的距离就可以通过游标卡尺来测量 出来，在上图的下半部分是一个放大

5、的游标卡尺的读数图。3.实验内容寻找到超声波的频率(就是换能器的共振频率)后，只要测量到信号的波长 就可以求得声速。我们采用驻波法和相位比较法来测量信号波长：(1)驻波法信号发生器产生的信号通过超声速测定仪后，会在两个换能器件之间产生驻 波。改变换能器之间的距离（移动右边的换能器）时，在接收端（把声信号转为电信号的换能器）的信号振幅会相应改变。当换能器之间的距离为信号波长的一 半时，接受端信号振幅为最大值。实验中调节示波器的垂直方式选择开关， 触发源选择开关，内触发源选择开 关，Auto-Norm-X-Y开关，使屏幕上显示出接受端信号，图见前面“调整仪器” 中“示波器的使用与调整”部分。然后，

6、一边移动右边换能器，一边观察示波器 上的信号幅度。当信号幅度为最大值时，通过放大的游标卡尺读出此时换能器问 的距离。两个相邻的信号幅度最大时换能器间的距离差就是波长的一半。（2）相位比较法由于两个换能器间有距离，这样在两个换能器处的信号有一相位差。当换 能器间距离改变一个波长时，相位差改变 2p。实验中调节示波器的垂直方式选择开关，触发源选择开关，内触发源选择开关， Auto-Norm-X-Y开关，使屏幕上显示出两个换能器端信号产生的李撒如图（见图 11）。然后，一边移动右边换能器，一边观察示波器上的李撒如图。当观察到两 个信号的相位差改变2时，通过放大的游标卡尺读出此时换能器间的距离。五、注

7、意事项：1 .确保换能器S1和S2端面的平行。2 .信号发生器输出信号频率与压电换能器谐振频率 f0保持一致。六、实验经过及数据记录：（1）驻波法测声速连线如图驻波法CGB.EXE接线检查通调节各仪器到如下图所示状态（所示波峰峰值最大）：指T 志XT1UF /DIV读数：3.98mm ;再调节声速测试仪，使所示波峰峰值重新达到最大读数：9.28mm以此类推，读出多组数据，记录如下所示14.36mm19.54mm24.88mm29.98mm35.28mm40.42mm45.66mm50.74mm55.94mm61.12mm66.36mm71.56mm76.82mm81.98mm87.14mm92

8、.34mm97.66mm102.76mm108.04mm113.12mm(2)相位比较法 连线如图相位法调节各仪器到如下图所示状态:TIME DIV读数：9.20mm再调节声速测试仪，使所示波型与前一次相同:超声速测定仪调节状态粗调商维调！TI ( I !l! I ( WB f读数：19.62mm;以此类推，读出多组数据，记录如下30.00mm40.42mm50.82mm61.18mm71.62mm82.00mm92.42mm102.82mm113.18mm123.58mm七、数据处理：(1)驻波法3.98mm-9.28mm-14.36mm-19.54mm-24.88mm-29.98mm-35

9、.28mm-40.42mm-45. 66mm-50.74mm-55.94mm+61.12mm+66.36mm+71.56mm+76.82mm+81.98mm+87. 14mm+92.34mm+97.66mm +102.76mm+108.04mm +113.12mrm /121=5.20mmV f 0.01039m 35000 Hz 363.86m/s(2)相位比较法9.20mm-19.62mm-30.00mm-40.42mm-50.82mm-61.18mm+71.62mm+82.00mm +92.42mm+102.82mm+113.18mm +123.58mm) /36= 10.40mmV f 0.01040m 35000 Hz 363.98m/s八、小结(包括误差分析、结论、建议等)25误差分析：V。331.45 / -25 346.28m/s (设室温为25摄氏,273.15度。)百分误差 Er 363.98 346.28 1000，0 5.11%) /346.28=5.11%346.28误差可能的原因：1、在实验进行的过程中，每次依照所示波调节声速测试仪时，都只能靠肉眼察，所以无法准确调到适当位置，存在较大误差。2、声速测试仪信号源输出的波形可能不是我们想象的那么精确，导致最后所测声速偏大。结论：通过超声波之间的干涉，可以通过测量和计算得到声速的值。建议：本实验的完成很是顺