超聲波傳播速度的測(cè)量

超聲波在固體中傳播速度的測(cè)量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?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、學(xué)會(huì)用時(shí)差法測(cè)定超聲波在固體中的傳輸速度。2、學(xué)會(huì)用逐差法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。3、熟悉數(shù)字示波器等儀器的使用?！緦?shí)驗(yàn)原理】時(shí)差法測(cè)量原理：在實(shí)際工程中，時(shí)差法測(cè)量聲速得到廣泛的應(yīng)用。時(shí)差法測(cè)試聲速的基本原理是基于速度V=距離S/時(shí)間T，通過在已知的距離內(nèi)計(jì)測(cè)聲波傳播的時(shí)間；從而計(jì)算出聲波的傳播速度，在一定的距離之間由控制電路定時(shí)發(fā)出一個(gè)聲脈沖波，經(jīng)過一段距離的傳播后到達(dá)接收換能器。接收到的信號(hào)經(jīng)放大，濾波后由高精度計(jì)時(shí)電路求出聲波從發(fā)出到接收這個(gè)在介質(zhì)傳播中經(jīng)過的時(shí)間，從而計(jì)算出在某一介質(zhì)中的傳播速度。只因?yàn)椴挥媚繙y(cè)的方法，而由儀器本身來計(jì)測(cè)，所以其測(cè)量精度相對(duì)于前面兩種方法要高。同樣在液體中傳播時(shí)，由于只檢測(cè)首先到達(dá)的聲波的時(shí)間，而與其它回波無關(guān)，這樣回波的影響比較小，因此測(cè)量的結(jié)果較為準(zhǔn)確，所以工程中往往采用時(shí)差法來測(cè)量。連續(xù)波經(jīng)脈沖調(diào)制后由發(fā)射換能器發(fā)射至被測(cè)介質(zhì)中，聲波在介質(zhì)中傳播，經(jīng)過t時(shí)間后，到達(dá)L距離處的接收換能器。由運(yùn)動(dòng)定律可知，聲波在介質(zhì)中傳播的速度可由以下公式求出：速度V=距離L/時(shí)間t。通過測(cè)量二換能器發(fā)射接收平面之間距離L和時(shí)間t,就可以計(jì)算出當(dāng)前介質(zhì)下的聲波傳播速度。圖5-5發(fā)射波與接收波【儀器與器材】SVX-7聲速測(cè)試儀信號(hào)源、SV-DH-7A【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟】1、時(shí)差法測(cè)量超聲波在固體中傳播速度步驟圖5-6時(shí)差法測(cè)量超聲波在固體中傳播速度接線圖（1）按圖5-6接線，將測(cè)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），以計(jì)時(shí)器不跳字為好。（2）將發(fā)射換能器發(fā)射端面朝上豎立放置于托盤上，在換能器端面和固體棒的端面上涂上適量的耦合劑，再把固體棒放在發(fā)射面上，使其緊密接觸并對(duì)準(zhǔn)，然后將接收換能器接收端面放置于固體棒的上端面上并對(duì)準(zhǔn)，利用接收換能器的自重與固體棒端面接觸。（3）這時(shí)計(jì)時(shí)器的讀數(shù)為ti-1，固體棒的長(zhǎng)度為L(zhǎng)i-1。移開接收換能器，將另1根固體棒端面上涂上適量的耦合劑，置于下面一根固體棒之上，并保持良好接觸，再放上接收換能器，這時(shí)計(jì)時(shí)器的讀數(shù)為ti，固體棒的長(zhǎng)度為L(zhǎng)i。則聲速Ci=（Li-Li-1）/（ti-ti-1）。分別測(cè)量超聲波在有機(jī)玻璃棒、鋁棒中的傳播速度，填入表5-3中。（4）測(cè)量超聲波在不同固體介質(zhì)中傳播的平均速度時(shí)，只要將不同的介質(zhì)同時(shí)置于兩換能器之間就可進(jìn)行測(cè)量。因?yàn)楣腆w中聲速較高、固體棒的長(zhǎng)度有限等原因，測(cè)量所得結(jié)果僅作參考。2.液體介質(zhì)聲速的測(cè)量當(dāng)使用液體為介質(zhì)測(cè)試聲速時(shí)，按圖6所示進(jìn)行接線。將測(cè)試架向上小心提起，就可對(duì)測(cè)試槽中注入液體，以把換能器完全浸沒為準(zhǔn)，注意液面不要過高，以免溢出。選擇合適的脈沖波強(qiáng)度，即可進(jìn)行測(cè)試，步驟與4相同。使用時(shí)應(yīng)避免液體接觸到其他金屬件，以免金屬物件被腐蝕。使用完畢后，用干燥清潔的抹布將測(cè)試架及換能器清潔干凈?！咀⒁馐马?xiàng)】1、使用時(shí)，應(yīng)避免聲速測(cè)試儀信號(hào)源的功率輸出端短路。2、嚴(yán)禁將液體（水）滴到數(shù)顯尺桿和數(shù)顯表頭內(nèi)，如果不慎將液體（水）滴到數(shù)顯尺桿和數(shù)顯表頭上，請(qǐng)用60℃3、數(shù)顯尺用后應(yīng)關(guān)閉電源?！緮?shù)據(jù)處理】1、列表記錄用時(shí)差法測(cè)量有機(jī)棒及金屬棒的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。三根相同長(zhǎng)度和材質(zhì)的待測(cè)棒，利用疊加獲得不同的長(zhǎng)度。每個(gè)長(zhǎng)度所測(cè)得相對(duì)應(yīng)的時(shí)間。（3）求出相應(yīng)的差值，然后計(jì)算出聲速，并與理論聲速傳播測(cè)量參數(shù)進(jìn)行比較，并計(jì)算百分誤差。表5-3時(shí)差法測(cè)量超聲波在固體中傳播速度數(shù)據(jù)材質(zhì)tit2t3Ci=（L2-L1）/（t2-t1）C=（Ci+C2）/2LiL2L3C2=（L3-L2）/（t3-t2）有機(jī)玻璃鋁2、固體中的縱波聲速：鋁：C棒=5150m/s，C塊=6300m/s銅：C棒=3700m/s，C塊=5000m/s鋼：C棒=5050m/s，C塊=6100m/s玻璃：C棒=5200m/s，C塊=5600m/s有機(jī)玻璃：C棒=1500～2200m/s，C塊=2000～2600m/s注：