聲波衰減系數(shù)的測量

1、聲波衰減系數(shù)的測量姓名：王均班級(jí)：自動(dòng)化151班學(xué)號(hào)：6101215022座號(hào)：40老師，因?yàn)樯洗五e(cuò)過了您的實(shí)驗(yàn)，所以周四我在郭老師那里測的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，還望老師理解，謝謝老師！聲波衰減系數(shù)的測量實(shí)驗(yàn)者：常恒 同組者姓名：高峰 指導(dǎo)教師：魯曉東（A09機(jī)械1班 學(xué)號(hào)090401110 聯(lián)系號(hào)665565；A09機(jī)械1班 090401109【摘要】在做聲速測量實(shí)驗(yàn)中，捕捉極大P-Pv值時(shí)，隨著換能器的位移不難發(fā)現(xiàn)，聲波在發(fā)生衰減。文章根據(jù)聲速的測量實(shí)驗(yàn)中示波器信號(hào)隨著接收換能器的移動(dòng)而變化這一現(xiàn)象,就引起聲強(qiáng)衰減的原因及衰減的程度（衰減系數(shù)）進(jìn)行研究測量實(shí)驗(yàn)?！娟P(guān)鍵詞】 換

2、能器；聲波衰減；聲強(qiáng)衰減系數(shù)一、引言 聲速測量利用的是駐波原理,在測量過程中,不難發(fā)現(xiàn)示波器中信號(hào)的極大值幅值會(huì)隨接收換能器移動(dòng)距離增加而減小。這說明入射波與反射波相干涉形成的不是嚴(yán)格的駐波,其聲波傳播時(shí),有散射和其他損耗。本實(shí)驗(yàn)研究了聲波衰減,測量了聲波衰減系數(shù)。二、設(shè)計(jì)原理2.1衰減原因分析：我們知道機(jī)械波必須依靠彈性介質(zhì)進(jìn)行傳播。 波速依賴于彈性介質(zhì)的性質(zhì)，特別是與介質(zhì)的物態(tài)有著密切的關(guān)系， 譬如聲波在20 空氣中傳播速度約為340m/s，而在在鋁中傳播的縱波速度約為5150m/s為們用體密度與該介質(zhì)中波傳播的速度!之積的大小來衡量是波疏介質(zhì)還是波密介質(zhì)：將乘積較大的介質(zhì)稱為波密介質(zhì)，較

3、小的介質(zhì)稱為波疏介質(zhì)。于是機(jī)械波在不同介質(zhì)中傳播時(shí)，特別是在兩種不同介質(zhì)相接觸的界面上，可能會(huì)產(chǎn)生相位的突變。具體地說，機(jī)械波在波疏介質(zhì)向波密介質(zhì)界面上反射時(shí)，反射波出現(xiàn)相位的突變，也就是反射波比入射波的相位附加了，相當(dāng)于附加了波程/2，由于附加/2的波程與減少/2的波程從干涉的效果來看是一樣的，因此這種現(xiàn)象被習(xí)慣稱為半波損失.按照這樣的分析，利用兩個(gè)相對的圓柱形的壓電陶瓷超聲換能器做實(shí)驗(yàn)，在這兩個(gè)換能器之間的空氣柱中聲波來回反射，由于空氣為波疏介質(zhì)，而鋁材料制成的壓電換能器為波密介質(zhì)，故在反射過程中產(chǎn)生半波損失；同時(shí)，反射也并非完全反射，并且聲波在空氣中傳播時(shí)，由于接收換能器位移的改變，也有

4、伴隨一定的能量損失。所以才導(dǎo)致聲波測量實(shí)驗(yàn)中，示波器中信號(hào)的極大值幅值會(huì)隨接收換能器位移距離而改變。2.2衰減系數(shù)的確定：設(shè)衰減系數(shù)為，反射率為入射波：反射波：實(shí)驗(yàn)中測得兩者的疊加：下圖演示的是當(dāng)距離為0.1時(shí)，這段空間內(nèi)，聲壓的分布。但實(shí)驗(yàn)只能測得N點(diǎn)的聲壓（即幅度）可以分析，在N點(diǎn)：極大值為，此時(shí)，極小值為，此時(shí)由聲強(qiáng)與聲壓的關(guān)系: （1） （式中I表示聲強(qiáng)，Pmax為示波器測試出的有效聲壓，Z為空氣密度與空氣中音的乘積。其中聲壓是指相無聲時(shí)壓力的改變量；聲強(qiáng)是指單位時(shí)間通過單位面積的聲能量）在聲波傳播時(shí),聲強(qiáng)衰減如下式所示: （2） （式中I表示入射初始聲強(qiáng), Id 為深入媒質(zhì)d 距離處

5、的聲強(qiáng)。為衰減系數(shù)）式（2）用聲強(qiáng)級(jí)表示則有: （3） （式中為d點(diǎn)的聲壓有效值?？烧f明聲壓平方與距離d成指數(shù)關(guān)系）對其兩邊取對數(shù)則有： （4） （式中為衰減系數(shù)，可看出聲壓對數(shù)的兩倍與衰減系數(shù)成線性關(guān)系） 令測得k組的極大值聲壓數(shù)值，作如上處理。（4）式求得斜率即求得衰減系數(shù)。三、實(shí)驗(yàn)儀器聲速測量綜合實(shí)驗(yàn)儀,為FD2SV22 型,示波器為GOS26021 型,實(shí)驗(yàn)裝置示于圖1 。圖1 實(shí)驗(yàn)裝置四、實(shí)驗(yàn)測量 由數(shù)據(jù)繪出2LnU-d 圖,基本上反映出聲強(qiáng)級(jí)與距離的關(guān)系,如圖4 所示。圖4 2LnU2d 關(guān)系圖由圖4 可以計(jì)算其相關(guān)系數(shù)= 0.9737斜率即聲強(qiáng)的衰減系數(shù) = 0.0593dB/ mm 。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析通過對以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析計(jì)算,得出以下結(jié)論:非理想駐波聲強(qiáng)有衰減現(xiàn)象,約37 kHz 頻率聲波的衰減系數(shù)雖較小,卻是1 MHz 頻率聲波在水中的衰減系數(shù)的300 倍左右,相當(dāng)于1 MHz 聲波在軟組織中的衰減系數(shù)。本實(shí)驗(yàn)可以豐富聲速測量的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。數(shù)據(jù)分析中，由于儀器的局限和測量級(jí)別相當(dāng)小，以至于極小值的測量值不能準(zhǔn)確的反映出聲波衰減的實(shí)際情況。根據(jù)科學(xué)數(shù)