大學(xué)物理實驗：超聲聲速測定

超聲聲速測定聲波特性的測量，如頻率、波長、聲速、聲壓衰減、相位等，是聲波檢測技術(shù)中的重要內(nèi)容。特別是聲速的測量，不僅可以了解媒質(zhì)的特性而且還可以了解媒質(zhì)的狀態(tài)變化，在聲波定位、探傷、測距等應(yīng)用中具有重要的實用意義。例如，聲波測井、聲波測量氣體或液體的濃度和比重、聲波測量輸油管中不同油品的分界面等等?！奥曀俚臏y量”是一個綜合性聲學(xué)實驗。實驗中采用壓電陶瓷超聲換能器通過駐波法（共振干涉法）和相位比較法測量超聲波在空氣中的傳播速度，這是一個非電量電測方法的應(yīng)用。通過這個實驗可以重點學(xué)習(xí)如下內(nèi)容：（1）實驗方法：非電量的電測方法；測量聲速的駐波法和相位比較法。（2）測量方法：利用示波器測量電信號的極大值和觀察李薩如圖形測量相位差的方法。（3）數(shù)據(jù)處理方法：求聲波波長的逐差法。（4）儀器調(diào)整使用方法：雙蹤示波器和函數(shù)信號發(fā)生器的正確調(diào)節(jié)和使用方法?！緦嶒?zāi)康摹?.學(xué)習(xí)用駐波共振法和相位比較法測量超聲波在空氣中的傳播速度。2.了解壓電換能器的功能。3.學(xué)習(xí)用逐差法處理數(shù)據(jù)?！緦嶒瀮x器】SVX-5型聲速測試儀信號源、SV-DH系列聲速測試儀、雙蹤示波器等【實驗原理】頻率介于20Hz～20kHz的機械波振動在彈性介質(zhì)中的傳播就形成聲波，介于20kHz～500MHz的稱為超聲波，超聲波的傳播速度就是聲波的傳播速度，而超聲波具有波長短，易于定向發(fā)射和會聚等優(yōu)點，聲速實驗所采用的聲波頻率一般都在20KHz～60kHz之間。在此頻率范圍內(nèi)，采用壓電陶瓷換能器作為聲波的發(fā)射器、接收器、效果最佳。根據(jù)聲波各參量之間的關(guān)系可知,其中為波速,λ為波長,為頻率。圖4-5-1共振法測量聲速實驗裝置在實驗中,可以通過測定聲波的波長λ和頻率求聲速。聲波的頻率可以直接從低頻信號發(fā)生器(信號源)上讀出,而聲波的波長λ則常用相位比較法(行波法)和共振干涉法(駐波法)來測量。圖4-5-2

相位比較法測量聲速實驗裝置1.相位比較法實驗裝置接線如圖4-5-2所示，置示波器功能于X－Y方式。當(dāng)S1發(fā)出的平面超聲波通過媒質(zhì)到達(dá)接收器S2，合成振動方程為：【數(shù)據(jù)記錄及處理】駐波法t=0Cv0=331.45m/s=Hz波幅最大位置i（mm）12345波幅最大位置i+5（mm）678910（mm）相位法t=0C331.45m/s=Hz相位變化為位置i（mm）12345相位變化為位置i+5（mm）678910（mm）【預(yù)習(xí)要求】1、理解駐波法和相位比較法測量聲速的基本原理。2、了解形成駐波和李薩如圖形的基本理論。3、了解函數(shù)信號發(fā)生器和示波器的調(diào)整和使用方法。4、理解測量波長的駐波法和相位比較法。5、熟悉實驗的具體內(nèi)容。6、列出測量數(shù)據(jù)記錄表?！咀⒁馐马棥?、必須仔細(xì)閱讀教材中各儀器說明書，熟悉各個旋鈕的功能，方可進行調(diào)節(jié)。2、信號發(fā)射器的信號輸出幅度不要過大，避免儀器過熱而損壞。3、調(diào)節(jié)儀器旋鈕要輕緩，以免損壞。4、實驗時要使函數(shù)信號發(fā)生器的輸出頻率等于換能器的諧振頻率，并且在實驗過程中保持不變。5、使用游標(biāo)尺測量移動距離時，必須輕而緩慢地調(diào)節(jié)，手勿壓游標(biāo)尺。6、換能器發(fā)射面和接受面要保持相互平行?！舅伎碱}】1、駐波法測量聲速的原理和方法是什么？2、相位比較法測量聲速的原理和方法是什么？3、實驗中信號發(fā)生器和示波器各起什么作用？4、實驗中通過什么來發(fā)射和接收聲波？5、實驗中為什么要在壓電換能器諧振狀態(tài)下測量空氣中的聲速？6、實驗時怎樣找到超聲換能器的諧振頻率？7、實驗中為什么