实验四十超声波实验ppt课件

1、实验四十 超声波实验王淑珍实验目的o了解声波在空气中传播的特性o了解压电换能器的功能o了解声波的产生、发射和接受方法o进一步掌握示波器、信号发生器的运用方法o加深对波的传播、干涉、驻波、振动合成等实际知识的了解。o学习驻波法和相位法测试超声波在空气、水中的传播速度实验器材oZKY-SS声速测定实验仪信号源、测定仪、水槽、示波器挪动支架换能器水槽示波器信号源 发射换能器的发射面与接纳换能器的发射换能器的发射面与接纳换能器的接纳面要坚持相互平行！接纳面要坚持相互平行！zky-ss型声速测定实验仪主要由压电陶瓷换能器型声速测定实验仪主要由压电陶瓷换能器和读数标尺组成。和读数标尺组成。后 盖 反 射

2、板压 电 陶 瓷 片辐 射 头正 负 电 极 片换能器构造图换能器构造图 压电陶瓷片是由一种多晶构造的压电资料如石英、锆钛酸铅陶瓷等，在一定温度下经极化处置制成的。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纳器。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换能器是由压电陶瓷片和轻重两种金属组成2. 示波器示波器程度移位程度移位聚聚焦焦调调理理CH通道通道灵敏度调理灵敏度调理灵敏度调灵敏度调理理垂直移垂直移位位CH1触发触发电平电平CH1通道通道垂直移位垂直移位CH2亮亮度度调调理理扫描扫描速度速度选择选择3.信号

3、发生器信号发生器频率调理输出超声发射器驱动信号输入超声接纳信号输出信号监测输入信号监测实验原理实验原理声速、声源振动频率和波长之间的关系为 式中 为声速； 为频率； 为波长。 fv vf 谐振时谐振时,声波频率就是低频信号发生器声波频率就是低频信号发生器输出频率。因此声速丈量是经过直接丈量输出频率。因此声速丈量是经过直接丈量声波的波长。声波的波长。一一.驻波法共振干涉法驻波法共振干涉法 声波波长的丈量方法声波波长的丈量方法 1.驻波的构成及特点驻波的构成及特点)xft(cosAy 21)xft(cosAy 22驻波方程驻波方程ftcosx2Acos2 yyy 221 恣意两相邻波腹恣意两相邻波

4、腹(波波节节)之间的间隔为之间的间隔为 . 波腹波腹:振幅最大的点振幅最大的点. 对应的位置：对应的位置： /2 (0,1,2)xnn (21) /4 (0,1,2)xnn cos2/0 x cos2/1x 波节波节:振幅最小的点振幅最小的点. 对应的位置：对应的位置：2 发射换能器发射换能器S1发出的一定频率的平面声波，经过发出的一定频率的平面声波，经过空气传播，到达接纳器接受换能器空气传播，到达接纳器接受换能器S2。假设。假设接纳面与发射面严厉平行，入射波即在接纳面上接纳面与发射面严厉平行，入射波即在接纳面上垂直反射，入射波与反射波相关涉构成驻波，反垂直反射，入射波与反射波相关涉构成驻波，

5、反射面处为驻波的波节。改动接纳器与发射源之间射面处为驻波的波节。改动接纳器与发射源之间的间隔的间隔l，在一系列特定的间隔上，媒质中出现稳，在一系列特定的间隔上，媒质中出现稳定的驻波共振景象。定的驻波共振景象。 声压变化与接纳器位置的关系声压变化与接纳器位置的关系挪动接受器时、挪动接受器时、示波器所显示的示波器所显示的信号幅度会由极信号幅度会由极大逐渐变小、然大逐渐变小、然后再变大、相邻后再变大、相邻二次到达极大值二次到达极大值的间隔为的间隔为2.由纵波性质和驻波实际可知，接纳面按振动位移来由纵波性质和驻波实际可知，接纳面按振动位移来说处于波节时说处于波节时,接纳到的声压相应到达最大值接纳到的声

6、压相应到达最大值,所接受所接受电信号最强。电信号最强。示波器示波器x, y轴输入波的相位差：轴输入波的相位差：由于由于L改动一个波长时，相位差就改动改动一个波长时，相位差就改动 。利用李。利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。萨如图形就可以测得超声波的波长。2/2L二二.相位比较法李萨如图形法相位比较法李萨如图形法当挪动接纳换能器时将会发现：不仅椭圆的幅值大当挪动接纳换能器时将会发现：不仅椭圆的幅值大小会随发射小会随发射接纳的接纳的 间隔间隔L发生变化，而且椭圆发生变化，而且椭圆的相位亦发生变化。的相位亦发生变化。相位差图相位差图相位差与李萨如图形的关系相位差与李萨如图形的关系用驻波法或相位法

7、丈量声音在空气中或水中的速度。实验内容实验内容一寻觅系统的谐振频率实验步骤实验步骤转动丝杆寻觅信号幅度最强的位置，找到后调理信号发生器的频率，使示波器上的信号幅度最大，再用微调旋钮调理信号发生器的频率，使示波器上的信号幅度更大，此时信号发生器输出的频率值即为本系统的谐振频率f0 1. 接好电路发射器接好电路发射器激振器、接纳器激振器、接纳器拾振器、拾振器、发射监测发射监测触发信号、接纳监测触发信号、接纳监测CH2 。2.选择延续正弦波任务方式共振法、相位法，预热选择延续正弦波任务方式共振法、相位法，预热15分钟。分钟。3.寻觅谐振频率寻觅谐振频率CH2通道波幅最大时对应的频率并通道波幅最大时对

8、应的频率并记录此频率，在以后的实验中不得更改此频率。记录此频率，在以后的实验中不得更改此频率。4.将将S2移近移近S1,在间隔在间隔5cm附近找共振位置振幅最大附近找共振位置振幅最大点，挪动点，挪动S2，依次记下各振幅极大时的，依次记下各振幅极大时的x值，记录值，记录10组数据。组数据。 二二. 驻波法测波长驻波法测波长1. 接好电路发射器接好电路发射器激振器、接纳器激振器、接纳器拾振器、拾振器、发射监测发射监测CH1、接纳监测、接纳监测CH2 。2.选择延续正弦波任务方式。选择延续正弦波任务方式。3. 示波器设置为示波器设置为x、y任务形状任务形状,选择适当的档位选择适当的档位,调出李调出李

9、萨如图形。萨如图形。3.在共振频率下，使在共振频率下，使S2接近接近S1，再缓慢远离，再缓慢远离S1，当示，当示波器上出现斜线波器上出现斜线=0、，记下，记下S2的位置的位置x。4.继续挪动继续挪动S2,示波器上李萨如图形相位发生周期变化示波器上李萨如图形相位发生周期变化,依次记下斜线出现时依次记下斜线出现时S2的位置的位置x1，x2，。三三.李萨如图形法李萨如图形法实验数据及处置实验数据及处置驻波法丈量空气中的声速驻波法丈量空气中的声速1实验数据实验数据数据数据数据数据)(mmLi)(mmLi1L2L3L4L5L6L7L8L9L10L11L12L13L14L15L16L17L18L19L20L2逐差法处置实验数据逐差法处置实验数据 iLLi10111LL 212LL 313LL 414LL 515LL 616LL 717LL 818LL 919LL 1020LL)(5mm)mm( 5101011()50iiiLL (1,2,310)i iLLi10101()5iiiLL ), 3 , 2 , 1(i_fv 3空气中声速的实际值空气中声速的实际值)K15.273时的声速K15.273为/45.331式中( 计算出理论值公式