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1、声速测量姓名：学院：班级：学号：—、实验项目名称声速测量二、实验目的了解声速的测量原理2•学会用共振干涉法、相位比较法测量介质中的声速3•学会用逐差法进行数据处理三、实验原理由于超声波具有波长短，易于定向发射、易被反射等优点。在超声波段进行声速测量的优点还在于超声波的波长短，可以在短距离较精确的测出声速。超声波的发射和接收一般通过电磁振动与机械振动的相互转换来实现，最常见的方法是利用压电效应和磁致伸缩效应来实现的。本实验采用的是压电陶瓷制成的换能器(探头)，这种压电陶瓷可以在机械振动与交流电压之间双向换能。声波的传播速度与其频率和波长的关系为:"丁(1)由(1)式可知，测
2、得声波的频率和波长，就可以得到声速。同样，传播速度亦可用v=L/t(2)表示,若测得声波传播所经过的距离L和传播时间t,也可获得声速。1.共振干涉法实验装置如图1所示，图中和为压电晶体换能器，作为声波源,它被低频信号发生器输出的交流电信号激励后，由于逆压电效应发生受迫振动，并向空气中定向发出以近似的平面声波；为超声波接收器，声波传至它的接收面上时，再被反射。当和的表面近似平行时，声波就在两个平面间来回反射，当两个平面间距L为半波长的整倍数，即(3)时，发出的声波与其反射声波的相位在处差,2……),因此形成共振。因为接收器的表面振动位移可以忽略，所以对位移来说是波节，对声压
3、来说是波腹。本实验测量的是声压，所以当形成共振时，接收器的输出会出现明显增大。从示波器上观察到的电信号幅值也是极大值(参见图2)o图中各极大之间的距离均为，由于散射和其他损耗，各级大致幅值随距离增大而逐渐减小。我们只要测出各极大值对应的接收器的位置，就可测出波长。由信号源读出超声波的频率值后,即可由公式(1)求得声速。容栅数显尺Z（cm）图2接受器表［ftl声压随距离的变化1.相位比较法波是振动状态的传播，也可以说是位相的传播。沿波传播方向的任何两点同相位时，这两点间的距离就是波长的整数倍。利用这个原理，可以精确的测量波长。实验装置如图1所示，沿波的传播方向移动接收器，接
4、收到的信号再次与发射器的位相相同时，一国的距离等于与声波的波长。同样也可以利用李萨如图形来判断位相差。实验中输入示波器的是来自同一信号源的信号，它们的频率严格一致，所以李萨如图是椭圆，椭的倾斜与两信号的位相差有关，当两信号之间的位相差为0或时TI'H圆变成倾斜的直线。实验仪器五.实验内容及步骤只有当换能器S1的发射面和S2的接收面保持平行时才有较好的接收效果；为了得到较清晰的接收波形，应将外加的驱动信号频率调节到换能器S2的谐振频率点处时，才能较好的进行声能与电能的相互转换（实际上有一个小的通频带）,以得到较好的实验效果。按照调节到压电陶瓷换能器谐振点处的信号频率，估计一
5、下示波器的扫描时基t/div,并进行调节，使在示波器上获得稳定波形。超声换能器工作状态的调节方法如下：各仪器都正常工作以后，首先调节发射强度旋钮，使声速测试仪信号源输出合适的电压（8〜10VP-P之间），再调整信号频率（在25~45kHz）,选择合适的示波器通道增益（一般0.2V〜1V/div之间的位置），观察频率调整时接收波的电压幅度变化，在某一频率点处（34.5〜37.5kHz之间）电压幅度最大，此频率即是压电换能器SKS2相匹配频率点，记录频率FN,改变S1和S2间的距离，适当选择位置，重新调整，再次测定工作频率，共测5次，取平均频率fo测量步骤将测试方法设置到连续
6、波方式，合适选择相应得测试介质。完成前述2.K2.2步骤后，观察示波器，找到接收波形的最大值。然后转动距离调节鼓轮，这时波形的幅度会发生变化，记录下幅度为最大时的距离Li-1，距离由数显尺上读出，再向前或者向后（必须是一个方向）移动距离，当接收波经变小后再到最大时，记录下此时的距离Lio即有：波长Ai=2
7、Li-Li-1
8、,多次测定用逐差法处理数据。3•相位法/李萨如图法测量波长的步骤将测试方法设置到连续波方式，合适选择相应的测试介质。完成前述步骤后，将示波器打到“X・Y”方式，并选择合适的通道增益。转动距离调节鼓轮，观察波形为一定角度的斜线，记录下此时的距离Li-1;距
9、离由数显尺上读出，再向前或者向后（必须是一个方向形动距离,使观察到的波形又回到前面所说的特定角度的斜线，记录下此时的距离Lio即有：波长入匸
10、Li丄/
11、六、数据记录及处理（一定要有数据计算的具体步骤,要进行不确定度的计算）驻波法f=35.625kHz项目s?坐标/mmX]X2X3X4X5X6X7X8X9X!040.44144.82849.26254.72258.79263.68868.74973.60178.44183.408逐差(5Ax)x6-x,X7-X2x厂X3X9-X4X/X523.24723.92124.33923.
