第四实验--用相位法测声速.doc

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1、实验四用相位法测声速一、实验目的1.、学习用相位法测量空气中的声速。2.、了解空气中的声速与温度的关系。3、提高声学、电磁学等不同类型仪器的综合使用能力。4、了解换能器的原理及工作方式。二、实验仪器综合声速测定仪、综合声速测定仪信号源、双综示波器。　三、实验原理测量声速一般的方法是在给定声音信号的频率情况下，测量声信号的波长，由公式，计算出声速。相位法测量声速的原理。由信号源产生的一正弦波信号，一方面由“示波器”端钮将信号送入示波器的“CH1（X轴）”，另一方面由“换能器”端钮将信号送入综合测定仪的“S1”，再传送

2、到“S2”，然后送入示波器的“CH2(Y轴)”。在示波器上将显示出两个频率相等、振动方向相互垂直、位相差恒定的利萨如图形。由于两信号到达时间不同（或存在有波程差）而产生相位差。相位差不同，利萨如图形也不同。如两者相位相同或相位差为的整数倍，合成为一条直线。如果两者相位差为的奇数倍，即合成后的利萨如图形为椭圆。可见利萨如图形随相位差的变化而改变。当连续移S2，以增大S1与S2之间的距离时L，利萨如图从直线到椭圆再到直线变化，如图2所示。当L改变一个波长时，两信号的相位差改变，图形就重复变化。这样就可以测量出波长的长度

3、。四、实验步骤1、按图1接线，将换能器间距离调整到约50mm。信号源输出频率为，大约为36000。2、打开示波器电源，预热5分钟，待出现一条绿色的水平线。将开关置于“CH1”，显示X方向的正弦波形，然后将开关置于”CH2”,显示Y方向的波形。应使两者的幅度大致相等。幅度不应过大。3、将示波器的旋钮旋到位置，示波器出现“椭圆”图形。将图形调至中间。旋转声速测定仪上的手轮，看图形的变化规律，看是否是从左到右再从右到左变化。4、将利萨如图形调成一条直线，并记住直线的位置。打开自动记录仪的电源开关，并清零。5、转动声速测定

4、仪上的手轮，逐步增大换能器间距，观察相应的李萨如图形，直到图形再回到开始的直线位置时，记录下记录仪上的读数，记录信号源上的频率。6、重复步骤5。记录8组数据，填在相应的表内。五、数据记录序号12345678六、数据处理计算平均波长波长绝对误差平均频率频率绝对误差计算平均声速相对误差绝对误差实验十超声声速的测定[实验目的]1．了解超声波的发射和接收及换能器的原理和功能。2．理解掌握用共振干涉法、相位比较法和时差法测声速的原理和技术。3．进一步熟悉示波器和信号源的使用方法。4．学会用逐差法处理数据。[实验器材]1．SV

5、-DH-7A型声速测定仪，可用于气体、液体和固体中的声速测定。SVX-7声速测定仪信号源（频率50Hz-50KHz,带时差法测量脉冲信号源）。2．双踪示波器3．固体介质棒材等。[仪器描述]SV-DH-7A型声速测试仪是由声速测试器信号源和声速测试架二个部分组成，见图10-1和图10-2。 图10-1SVX-7声速测试仪信号源面板         图10-2声速测试架外形示意图信号源调节旋钮的作用：信号频率：用于调节输出信号的频率发射强度：用于调节输出信号、电功率（输出电压）接收增益：用于调节仪器内部的接收增益。将声

6、速测试架、信号源和双踪示波器按图10-7连接即可进行实验。[实验原理]1．超声波与压电陶瓷换能器频率20Hz-20kHz的机械振动在弹性介质中传播形成声波，高于20kHz称为超声波，超声波的传播速度就是声波的传播速度，而超声波具有波长短，易于定向发射等优点，声速实验所采用的声波频率一般都在20～60kHz之间。在此频率范围内，采用压电陶瓷换能器作为声波的发射器、接收器效果最佳。压电陶瓷换能器根据它的工作方式，分为纵向（振动）换能器、径向（振动）换能器及弯曲振动换能器。声速教学实验中所用的大多数采用纵向换能器。图3为

7、纵向换能器的结构简图。2．共振干涉法（驻波法）测量声速假设在无限声场中，仅有一个点声源S1（发射换能器）和一个接收平面（接收换能器S2）。当图10-3纵向换能器的结构简图点声源发出声波后，在此声场中只有一个反射面（即接收换能器平面），并且只产生一次反射。在上述假设条件下，发射波y1=Acos（ωt+2πx/λ）。在S2处产生反射，反射波y2=A1cos（ωt+2πx/λ），信号相位与y1相反，幅度A1＜A。y1与y2在反射平面相交叠加，合成波束y3y3=y1+y2=(A1+A2）cos（ωt-2πx/λ)+A1co

8、s（ωt+2πx/λ)=A1cos(2πx/λ)cosωt+A2cos（ωt-2πx/λ）由此可见，合成后的波束y3在幅度上，具有随cos(2πx/λ)呈周期变化的特性，在相位上，具有随(2πx/λ)呈周期变化的特性。图4所示波形显示了叠加后的声波幅度，随距离按cos(2πx/λ)变化的特征。   图10-4换能器间距与合成幅度实验装置按图7所示，图中S1和