實驗四十超聲波實驗ppt課件

1、實驗四十 超聲波實驗王淑珍實驗目的o了解聲波在空氣中傳播的特性o了解壓電換能器的功能o了解聲波的產(chǎn)生、發(fā)射和接受方法o進一步掌握示波器、信號發(fā)生器的運用方法o加深對波的傳播、干涉、駐波、振動合成等實際知識的了解。o學習駐波法和相位法測試超聲波在空氣、水中的傳播速度實驗器材oZKY-SS聲速測定實驗儀信號源、測定儀、水槽、示波器挪動支架換能器水槽示波器信號源 發(fā)射換能器的發(fā)射面與接納換能器的發(fā)射換能器的發(fā)射面與接納換能器的接納面要堅持相互平行！接納面要堅持相互平行！zky-ss型聲速測定實驗儀主要由壓電陶瓷換能器型聲速測定實驗儀主要由壓電陶瓷換能器和讀數(shù)標尺組成。和讀數(shù)標尺組成。后 蓋 反 射

2、板壓 電 陶 瓷 片輻 射 頭正 負 電 極 片換能器構造圖換能器構造圖 壓電陶瓷片是由一種多晶構造的壓電資料如石英、鋯鈦酸鉛陶瓷等，在一定溫度下經(jīng)極化處置制成的。壓電換能器可以把電能轉換為聲能作為超聲波發(fā)生器，反過來也可以使聲壓變化轉化為電壓變化，即用壓電陶瓷片作為聲頻信號接納器。壓電陶瓷換能器是由壓電陶瓷片和輕重兩種金屬組成壓電陶瓷換能器是由壓電陶瓷片和輕重兩種金屬組成2. 示波器示波器程度移位程度移位聚聚焦焦調(diào)調(diào)理理CH通道通道靈敏度調(diào)理靈敏度調(diào)理靈敏度調(diào)靈敏度調(diào)理理垂直移垂直移位位CH1觸發(fā)觸發(fā)電平電平CH1通道通道垂直移位垂直移位CH2亮亮度度調(diào)調(diào)理理掃描掃描速度速度選擇選擇3.信號

3、發(fā)生器信號發(fā)生器頻率調(diào)理輸出超聲發(fā)射器驅動信號輸入超聲接納信號輸出信號監(jiān)測輸入信號監(jiān)測實驗原理實驗原理聲速、聲源振動頻率和波長之間的關系為 式中 為聲速； 為頻率； 為波長。 fv vf 諧振時諧振時,聲波頻率就是低頻信號發(fā)生器聲波頻率就是低頻信號發(fā)生器輸出頻率。因此聲速丈量是經(jīng)過直接丈量輸出頻率。因此聲速丈量是經(jīng)過直接丈量聲波的波長。聲波的波長。一一.駐波法共振干涉法駐波法共振干涉法 聲波波長的丈量方法聲波波長的丈量方法 1.駐波的構成及特點駐波的構成及特點)xft(cosAy 21)xft(cosAy 22駐波方程駐波方程ftcosx2Acos2 yyy 221 恣意兩相鄰波腹恣意兩相鄰波

4、腹(波波節(jié)節(jié))之間的間隔為之間的間隔為 . 波腹波腹:振幅最大的點振幅最大的點. 對應的位置：對應的位置： /2 (0,1,2)xnn (21) /4 (0,1,2)xnn cos2/0 x cos2/1x 波節(jié)波節(jié):振幅最小的點振幅最小的點. 對應的位置：對應的位置：2 發(fā)射換能器發(fā)射換能器S1發(fā)出的一定頻率的平面聲波，經(jīng)過發(fā)出的一定頻率的平面聲波，經(jīng)過空氣傳播，到達接納器接受換能器空氣傳播，到達接納器接受換能器S2。假設。假設接納面與發(fā)射面嚴厲平行，入射波即在接納面上接納面與發(fā)射面嚴厲平行，入射波即在接納面上垂直反射，入射波與反射波相關涉構成駐波，反垂直反射，入射波與反射波相關涉構成駐波，

5、反射面處為駐波的波節(jié)。改動接納器與發(fā)射源之間射面處為駐波的波節(jié)。改動接納器與發(fā)射源之間的間隔的間隔l，在一系列特定的間隔上，媒質(zhì)中出現(xiàn)穩(wěn)，在一系列特定的間隔上，媒質(zhì)中出現(xiàn)穩(wěn)定的駐波共振景象。定的駐波共振景象。 聲壓變化與接納器位置的關系聲壓變化與接納器位置的關系挪動接受器時、挪動接受器時、示波器所顯示的示波器所顯示的信號幅度會由極信號幅度會由極大逐漸變小、然大逐漸變小、然后再變大、相鄰后再變大、相鄰二次到達極大值二次到達極大值的間隔為的間隔為2.由縱波性質(zhì)和駐波實際可知，接納面按振動位移來由縱波性質(zhì)和駐波實際可知，接納面按振動位移來說處于波節(jié)時說處于波節(jié)時,接納到的聲壓相應到達最大值接納到的聲

6、壓相應到達最大值,所接受所接受電信號最強。電信號最強。示波器示波器x, y軸輸入波的相位差：軸輸入波的相位差：由于由于L改動一個波長時，相位差就改動改動一個波長時，相位差就改動 。利用李。利用李薩如圖形就可以測得超聲波的波長。薩如圖形就可以測得超聲波的波長。2/2L二二.相位比較法李薩如圖形法相位比較法李薩如圖形法當挪動接納換能器時將會發(fā)現(xiàn)：不僅橢圓的幅值大當挪動接納換能器時將會發(fā)現(xiàn)：不僅橢圓的幅值大小會隨發(fā)射小會隨發(fā)射接納的接納的 間隔間隔L發(fā)生變化，而且橢圓發(fā)生變化，而且橢圓的相位亦發(fā)生變化。的相位亦發(fā)生變化。相位差圖相位差圖相位差與李薩如圖形的關系相位差與李薩如圖形的關系用駐波法或相位法

7、丈量聲音在空氣中或水中的速度。實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容一尋覓系統(tǒng)的諧振頻率實驗步驟實驗步驟轉動絲桿尋覓信號幅度最強的位置，找到后調(diào)理信號發(fā)生器的頻率，使示波器上的信號幅度最大，再用微調(diào)旋鈕調(diào)理信號發(fā)生器的頻率，使示波器上的信號幅度更大，此時信號發(fā)生器輸出的頻率值即為本系統(tǒng)的諧振頻率f0 1. 接好電路發(fā)射器接好電路發(fā)射器激振器、接納器激振器、接納器拾振器、拾振器、發(fā)射監(jiān)測發(fā)射監(jiān)測觸發(fā)信號、接納監(jiān)測觸發(fā)信號、接納監(jiān)測CH2 。2.選擇延續(xù)正弦波任務方式共振法、相位法，預熱選擇延續(xù)正弦波任務方式共振法、相位法，預熱15分鐘。分鐘。3.尋覓諧振頻率尋覓諧振頻率CH2通道波幅最大時對應的頻率并通道波幅最大時對

8、應的頻率并記錄此頻率，在以后的實驗中不得更改此頻率。記錄此頻率，在以后的實驗中不得更改此頻率。4.將將S2移近移近S1,在間隔在間隔5cm附近找共振位置振幅最大附近找共振位置振幅最大點，挪動點，挪動S2，依次記下各振幅極大時的，依次記下各振幅極大時的x值，記錄值，記錄10組數(shù)據(jù)。組數(shù)據(jù)。 二二. 駐波法測波長駐波法測波長1. 接好電路發(fā)射器接好電路發(fā)射器激振器、接納器激振器、接納器拾振器、拾振器、發(fā)射監(jiān)測發(fā)射監(jiān)測CH1、接納監(jiān)測、接納監(jiān)測CH2 。2.選擇延續(xù)正弦波任務方式。選擇延續(xù)正弦波任務方式。3. 示波器設置為示波器設置為x、y任務形狀任務形狀,選擇適當?shù)臋n位選擇適當?shù)臋n位,調(diào)出李調(diào)出李

9、薩如圖形。薩如圖形。3.在共振頻率下，使在共振頻率下，使S2接近接近S1，再緩慢遠離，再緩慢遠離S1，當示，當示波器上出現(xiàn)斜線波器上出現(xiàn)斜線=0、，記下，記下S2的位置的位置x。4.繼續(xù)挪動繼續(xù)挪動S2,示波器上李薩如圖形相位發(fā)生周期變化示波器上李薩如圖形相位發(fā)生周期變化,依次記下斜線出現(xiàn)時依次記下斜線出現(xiàn)時S2的位置的位置x1，x2，。三三.李薩如圖形法李薩如圖形法實驗數(shù)據(jù)及處置實驗數(shù)據(jù)及處置駐波法丈量空氣中的聲速駐波法丈量空氣中的聲速1實驗數(shù)據(jù)實驗數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù))(mmLi)(mmLi1L2L3L4L5L6L7L8L9L10L11L12L13L14L15L16L17L18L19L20L2逐差法處置實驗數(shù)據(jù)逐差法處置實驗數(shù)據(jù) 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空氣中聲速的實際值空氣中聲速的實際值)K15.273時的聲速K15.273為/45.331式中( 計算出理論值公式