超聲波在固體中傳播速度的測量

1、超聲波在固體中傳播速度的測量【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、學(xué)會用時差法測定超聲波在固體中的傳輸速度。2、學(xué)會用逐差法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。3、熟悉超聲波發(fā)生器、數(shù)字顯示尺、數(shù)字示波器等儀器的使用?！緦?shí)驗(yàn)原理】在固體中傳播的聲波是很復(fù)雜的，它包括縱波、橫波、扭轉(zhuǎn)波、彎曲波、表面波等，而且各種聲速都與固體棒的形狀有關(guān)，金屬棒一般為各向異性結(jié)晶體，沿任何方向可有三種波傳播。時差法測量原理在實(shí)際工程中，時差法測量聲速得到廣泛的應(yīng)用。時差法測試聲速的基本原理是基于速度公式： (1)即通過在已知的距離L內(nèi)計測聲波傳播的時間t，從而計算出聲波的傳播速度C。實(shí)驗(yàn)上，在一定的距離之間由控制電路定時發(fā)出一個聲脈沖波，經(jīng)過一段距離的傳播

2、后到達(dá)接收換能器。接收到的信號經(jīng)放大，濾波后由高精度計時電路求出聲波從發(fā)出到接收這個在介質(zhì)傳播中經(jīng)過的時間，從而計算出在某一介質(zhì)中的傳播速度。只因?yàn)椴挥媚繙y的方法，而由儀器本身來計測，所以其測量精度相對于駐波法和相位比較法要高。同樣在液體中傳播時，由于只檢測首先到達(dá)的聲波的時間，而與其它回波無關(guān)，這樣回波的影響比較小，因此測量的結(jié)果較為準(zhǔn)確，所以工程中往往采用時差法來測量。圖1 發(fā)射波與接收波【儀器與器材】SVX-7聲速測試儀信號源、SV-DH-7A型測試架、數(shù)字示波器、材料樣品（鋁棒和有機(jī)玻璃棒）。【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟】1. 測量超聲波在鋁棒中傳播速度圖5 時差法測量超聲波在固體中傳播速度接線圖

3、（1）按圖2接線，將測試方法設(shè)置到脈沖波方式，將接收增益調(diào)到適當(dāng)位置（一般為最大位置），以SVX-7聲速測試儀信號源上的計時器不跳字為好。（2）將發(fā)射換能器發(fā)射S1端面朝上豎立放置于托盤上，在換能器端面和長固體棒A0的端面上涂上適量的耦合劑，再把長固體棒A0放在發(fā)射面上，使其緊密接觸并對準(zhǔn)，然后將接收換能器S2接收端面放置于固體棒A0的上端面并對準(zhǔn)，降下S2與固體棒A0端面接觸。（3）這時SVX-7聲速測試儀信號源上的計時器的讀數(shù)為t0 (s)，SV-DH-7A型測試架上數(shù)顯尺給出固體棒A0上端面的位置為L0 (mm)。提升接收換能器S2，將另一根長固體棒A1(與A0完全相同)兩端面上涂上適量

4、的耦合劑，置于下面的固體棒A0之上，并保持良好接觸，再移下接收換能器S2，這時計時器的讀數(shù)為t1，固體棒A1的位置為L1，將相應(yīng)數(shù)據(jù)填在表1中。（4）類似于上一步測量C1，提升接收換能器S2，將另一根短固體棒A2端面上涂上適量的耦合劑，置于下面的長固體棒A1之上，并保持良好接觸，再移下接收換能器S2，這時計時器的讀數(shù)為t2，短固體棒A2上端面的位置為L2。將相應(yīng)數(shù)據(jù)填在表1中。2. 測量超聲波在有機(jī)玻璃棒中傳播速度 兩長一短有機(jī)玻璃棒分別記為G0、G1和G2，測量步驟（1）（4）完全同于1. 將相應(yīng)數(shù)據(jù)填在表2中，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。3. 測量超聲波在有機(jī)玻璃和鋁連接棒中傳播速度先后利用2個長有機(jī)

5、玻璃棒G0和G1以及長鋁棒A0/1，再次測量超聲波分別在有機(jī)玻璃棒和鋁棒中的速度，測量步驟（1）（4）完全同于1. 將相應(yīng)數(shù)據(jù)填在表3中，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理?！咀⒁馐马?xiàng)】(1) 避免聲速測試儀信號源的發(fā)射換能器發(fā)射S1與接收換能器S2接收端面短路。(2) 避免接收換能器S2接收端面與材料棒接觸過緊。 (3) SV-DH-7A型測試架上的數(shù)顯尺用后應(yīng)關(guān)閉電源?！緮?shù)據(jù)處理】(1) 按C1=(L1-L0)/(t1-t0)計算得長固體棒A/G1中的超聲波聲速C1；(2) 按C2=(L2-L1)/(t2-t1)計算得短固體棒A/G2中的超聲波聲速C2；(3) 計算鋁棒和有機(jī)玻璃C1和C2的平均值C，并根據(jù)提

6、供的參考值計算百分誤差(%)。(3)按C=(L2-L0)/(t2-t0) 計算超聲波在有機(jī)玻璃和鋁連接棒中的平均傳播速度C。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理結(jié)果亦填在數(shù)據(jù)記錄表中。表1 測量超聲波在鋁棒中傳播速度Li (mm)ti(s)Ci (m/s)C (m/s)0-1=A2表2 測量超聲波在有機(jī)玻璃棒中傳播速度Li (mm)ti(s)Ci (m/s)C (m/s)0-1=G2表3 測量超聲波在有機(jī)玻璃和鋁連接棒中傳播速度Li (mm)ti(s)Ci (m/s)CAG (m/s)0-12固體中的縱波聲速參考數(shù)據(jù)： 鋁：CA=5150 m/s， 有機(jī)玻璃：CG=2200 m/s.由于多種原因，實(shí)際測得的聲速范圍可能會較大?！舅伎碱}】1、聲速測量中共振干涉法、相位法、時差法有何異同？2、聲音在不同