超声波声速的测定

超声波声速的测定南京工程学院2009年6月一、实验目的1、测量超声波在空气中的传播速度；2、加深对波的相位、波的干涉及振动合成等理论的理解，学习用示波器观察信号间的相位差；3、掌握用逐差法处理数据的能力；4、培养综合应用仪器设备的能力。二、实验原理声速测量的常用方法有两类：第一类是根据声波的传播速度与其频率和波长之间的关系，先测出频率和波长，再计算声速。常用方法有相位比较法和驻波法（共振干涉法）；第二类是测量声波传播距离和时间间隔，然后根据公式计算声速。常用的方法有时差法。1.相位比较法相位比较法测声速连线图如图所示从S1发出的正弦波与S2收到的正弦波之间的相位差为

S1与S2之间变化一个波长λ，φ相位差变化2π，示波器上所观察到的李萨如图随之变化一个周期，测出波长，从而可以计算出波速。图形相位差2.驻波法（驻波共振法）驻波法测声速示意图：沿x方向的入射波和反射波相遇干涉时，在空间某点的合振动方程为:y=y1+y2=(2Acos2πx/λ)cos2πft，波腹处振幅最大，波节处振幅为零，由纵波的性质可以知道，当接收换能器端面位于振动的波节时，正好声压值最大。移动S2，可看到示波器上显示的声压值不断地由最大变到最小再变到最大，呈周期性变化。二相邻的振幅最大点之间移动过的距离亦为两相邻波节的距离，即3.时差法时差法测声速连线图如图所示：时差法是将脉冲调制信号加到发射器上，声波在介质中传播，经过时间后，到达距离处的接收换能器，可以用以下公式求出声波在介质中的传播速度三、怒实验静仪器超声崖声速弹测定方仪、厕SV彻5声招速测务量专概用信虽号源熔、YB祖43梢28洗示波齐器等超声亦声速录测定殿仪声速攻测定恶仪是考由压第电换宣能系右统S1、S2、光游标象卡尺戚、固拐定支列架等舌部件摆组成胁，仪芳器装翻置如鞭图所芽示。S1、S2是浆两个责压电户陶瓷魄超声哨换能女器，S1为融发射饭换能闸器，楼它通击过逆吗压电赢效应卖把电艰信号需转换陕成以探电信醉号频脖率的衔机械短振动递，从婆而推不动空载气分却子振蛇动产春生平灭面声书波；S2为睡接收绿换能街器，裤它通剖过正睬压电忙效应嗓把声肿信号赛转换序为电截信号晴以接骆收声慕波，呼其端轿面也葛是声弊波的辫反射嘱界面鸽，它夏们的暮结构留完全沫相同螺，有快共同竟的谐且振频寨率，约只有遮当外与界输破入信微号的从频率狂等于尸其谐应振频愁率时亩，才向能产萄生最幸佳的片机械叮振动才。压电顷陶瓷词换能颈器内部粱结构压电繁陶瓷吧片电输株入或什输出注端铝外欢壳四、古实验薄内容生与步置骤相位屠比较牙法(1侦)调整扛信号见源的竟输出惕频率挥使发游射换斥能器尘处于低谐振闯状态寇，调蚕整发稿射换百能器贯的发啊射面谜与接岸收换俭能器怪的接桑收面勤保持低平行晚。方病法同刑驻波菊法。(2脏)按图粗连接技线路至。(3淋)沿着赌相同固方向码转动穴距离冷调节居鼓轮茅，改任变发惊射面耽与接托收面铅之间饥的距停离，妇观察社示波仇器荧泪光屏赚上李饶萨如爬图形鹅的变丘化，在依次么读取使示波崭器上扁显示录相位诸差图狗样时坝接收尼面的检位置哥（表4-侨23）。(4炊)记下造室温丝式，并念用逐挖差法潮对实施验数志据进哈行处刊理，吃计算若不确诊定度升。2.锤驻概波法关测定个声速(1浙)按森图接洽好电左路(2福)舱调整饭发射羽换能露器的翅发射麦面与川接收赶换能迷器的合接收例面保惜持平忍行。(3制)浙调整尽超声其信号末源的健输出图信号欠频率扶，观巨察示壤波器仁y轴执信号乡丰的振滨幅，酷使振巨幅达立到最赤大。涝此时鸡表示裁发射四换能诵器处壳于谐郑振状尸态。(4哥)毁沿着净同方摆向转金动距峰离调袍节鼓筝轮，考使发跟射面吃和接斤收面昏之间姨的距买离逐俊渐增言加，摘可观蚁察到且示波京器中滥y轴脊振幅礼的大教小会瞧有周循期性展变化查，依喂次记骄录示研波器轿电压军值幅狸值最躁大时烤，接白受器让S2鲜的位贿置即辽为驻晃波的颂波节轰位置相。(5杀)记纠下连伏续1完0次粉出现漏幅度桐最大残时接火受器胀S2盯的位洁置，赛用逐煮差法干处理控数据仓，计转算不胆确定具度。3.蜡时差晨法（辣选做喘）（1细）将售测试坦方法林设置洲到脉木冲波无方式席。（2荡）将材S1熊和S太2之耕间的逗距离弃调到许。（3腐）再被调节械接收汪增益旁，使病示波第器上培显示铸的接兄收波辉信号且幅度特在3仅00及～4你00劳mV霜左右系（峰巨－峰洽值）毒，以既使计吸时器创工作猫在最仔佳状肿态，些然后锋记录眼此时尼S2缓的读枕数。（4围）沿低着相枝同方多向转驶动距惹离调苗节鼓拣轮，熊改变身发射棕面与灯接收压面之幅间的长距离裂，同沸时调坏节接运收增晓益使广接收舞波信红号幅铅度始沙终保邮持一疮致。欧每隔爷10冬µs茂左右逝记录架下S左2的鄙读数沟。（5极）记略下室座温，谢并用云逐差启法对勇实验润数据架进行克处理认。五、垒注意菌事项1.醋确御保换自能器咏S1哲和S蜓2端塞面的补平行熄。2．校测量壶时必驴须沿服同一储方向激轻而岩缓慢载地转颈动位丹置调谷节鼓羡轮以冶避免磁空程澡误差俯，会醋读取哪鼓轮朱读数故。3．跪注意巡寿保护芽仪器圣，鼓完轮要健缓慢强摇动虹，不予能用点力过辫猛，述不要