超聲波測聲速

1、物理仿真實驗報告班級姓名：學號：實驗名稱：超聲波測聲速-實驗?zāi)康?. 了解超聲波的發(fā)射和接收方法。2. 加深對振動合成、波動干涉等理論知識的理解。3. 掌握用駐波法和相位法測聲速。二實驗儀器超聲聲速測定儀、函數(shù)信號發(fā)生器和示波器三實驗原理由波動理論可知，波速與波長、頻率有如下關(guān)系：v = f，只要知道頻率和波長就可以求出波速。本實驗通過低頻信號發(fā)生器控制換能器，信號發(fā)生器的輸 出頻率就是聲波頻率。聲波的波長用駐波法（共振干涉法）和行波法（相位比較 法）測量。下圖是超聲波測聲速實驗裝置圖。（1）駐波法測波長由聲源發(fā)出的平面波經(jīng)前方的平面反射后，入射波動方程分別是：y(2A2/小匚g2曲 與發(fā)射波

2、疊加，它們波aX3+如4疊加后合成波為：各點振幅最大，稱為波兇(n =0,1,2,3)腹，對應(yīng)的位置:甲/ A各點振幅最小，稱為波節(jié)，對應(yīng)的位置:(n =0,1,2,3)因此只要測得相鄰兩波腹(或波節(jié))的位置 Xn、Xn-i即可得波長(2)相位比較法測波長其中是波長,jvi = 4 cos 2jtg Acod 2jt| yi + x為S和S2之間距離)。從換能器S1發(fā)出的超聲波到達接收器S2,所以在同一時刻Si與S2處的波有 因為x改變一個波長時，相位差就改變2 。利用李薩如圖形就可以測得超聲波 的波長。四實驗內(nèi)容及步驟1接線首先選擇測量的方法，然后開始連接測量電路，如下頁圖 7所示。在示波器

3、 的X接口，示波器的丫接口，示波器的同步接口，信號發(fā)生器的輸出端口，超聲速 測定儀的左磁鼓，超聲速測定儀的右磁鼓和超聲速測定儀上標上紅線的接口處 可以連線。連線時鼠標選中上述接口，然后按住不放，拖到需要連接的另一接口 后松開鼠標。如果連線的兩端已有連線，貝吐匕操作將去掉連線。如果連接時，連 線兩端尚未連接，則此操作在兩接口間連上接線。線路連接好后，鼠標右鍵單擊，彈出主菜單，選中接線檢查。若連線正確，就可以正式開始實驗，否則需要繼續(xù)連線。2調(diào)整儀器通過接線檢查后，雙擊各儀器彈出其放大窗口，調(diào)整該儀器。(1) 示波器的使用與調(diào)整使用示波器時候，請先調(diào)整好示波器的聚焦。然后鼠標單擊示波器的輸入 信號

4、的接口，把信號輸入示波器。接著調(diào)節(jié)通道 1, 2的幅度微調(diào)，掃描信號的時 基微調(diào)。最后選擇合適的垂直方式選擇開關(guān)， 觸發(fā)源選擇開關(guān)，內(nèi)觸發(fā)源選擇開 關(guān)，Auto-Norm-X-Y開關(guān)，在示波器上顯示出需要觀察的信號波形。輸入信道的 信號是由實驗線路的連接決定的。(2) 信號發(fā)生器的調(diào)整根據(jù)實驗的要求調(diào)整信號發(fā)生器，產(chǎn)生頻率大概在35KHZ左右，幅度為5V 的一個正弦信號。由于本實驗測聲速的方法需要通過換能器（壓電陶瓷）共振把電信號轉(zhuǎn)為聲信號，然后再轉(zhuǎn)為電信號進行的，所以在開始測量前需要調(diào)節(jié)信號 的頻率為換能器的共振頻率。在尋找共振頻率時，通過調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的微調(diào)旋 鈕，觀察示波器上信號幅度是否

5、為最大來逐步尋找的。超聲速測定儀的使用超聲速測定儀是由兩個換能器和游標卡尺組成的，在超聲速測定儀中，左邊的換能器是固定的，右邊的換能器是與游標卡尺的滑動部分連接在一起的。這樣，左右換能器間的距離就可以通過游標卡尺來測量 出來，在上圖的下半部分是一個放大的游標卡尺的讀數(shù)圖。當把鼠標移動到右邊的換能器上后，會出現(xiàn)“”標志，表明此時可以移動。按下鼠標左鍵，向左移動，按下右鍵，向右移動。移動的幅度可以通過“調(diào)節(jié)狀 態(tài)”的“粗調(diào)”和“細調(diào)”來控制。3.尋找到超聲波的頻率（就是換能器的共振頻率）后，只要測量到信號的波長就可以求得聲速。我們采用駐波法和相位比較法來測量信號波長：（1）駐波法信號發(fā)生器產(chǎn)生的信

6、號通過超聲速測定儀后，會在兩個換能器件之間產(chǎn)生駐波。改變換能器之間的距離（移動右邊的換能器）時，在接收端（把聲信號轉(zhuǎn)為電信號的換能器）的信號振幅會相應(yīng)改變。當換能器之間的距離為信號波長的一 半時，接受端信號振幅為最大值。實驗中調(diào)節(jié)示波器的垂直方式選擇開關(guān)，觸發(fā)源選擇開關(guān)，內(nèi)觸發(fā)源選擇開關(guān)，Auto-Norm-X-Y開關(guān)，使屏幕上顯示出接受端信號，圖見前面“調(diào)整儀器” 中“示波器的使用與調(diào)整”部分。 然后，一邊移動右邊換能器，一邊觀察示波器 上的信號幅度。當信號幅度為最大值時，通過放大的游標卡尺讀出此時換能器間 的距離。兩個相鄰的信號幅度最大時換能器間的距離差就是波長的一半。(2)相位比較法由于

7、兩個換能器間有距離，這樣在兩個換能器處的信號有一相位差。當換能 器間距離改變一個波長時，相位差改變 2實驗中調(diào)節(jié)示波器的垂直方式選擇開關(guān)， 觸發(fā)源選擇開關(guān)，內(nèi)觸發(fā)源選擇開 關(guān)，Auto-Norm-X-Y開關(guān)，使屏幕上顯示出兩個換能器端信號產(chǎn)生的李撒如圖 然后，一邊移動右邊換能器，一邊觀察示波器上的李撒如圖。當觀察到兩個信號 的相位差改變2時，通過放大的游標卡尺讀出此時換能器間的距離。五實驗數(shù)據(jù)及處理超聲波的頻率為：33.7千赫茲(1)駐波法n第1次第2次第3次第4次第5次第6次s/cm0.981.441.942.483.013.54用逐差法測得波長為(3.54 1.94) (3.01 1.44)(2.48 0.98), c 2 1cm 0.01m3聲波波速為：v 33.7 1000 0.01 337m /s不確定度：max i =0.067(i=1,2,3)(2)相位法n第1次第2次第3次第4次第5次第6次s/cm1.052.033.013.955.026.04用逐差法測得波長為（6.4 3。1） （52 23）（3.95 蝕）。伽 0.00991m3 3聲波波長為：v 33.7 1000 0.00991 334m /s不確定度：max i =0.033六思考題1. 固定距離，改變頻