大物實(shí)驗(yàn)報(bào)告聲速測(cè)定

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1、聲速測(cè)定引言：本實(shí)驗(yàn)使用了超聲聲速測(cè)定儀、低頻信號(hào)發(fā)生器(DF1027B).示波器(ST16B)設(shè)計(jì)了共振干涉法、相位比較法、時(shí)差法來(lái)進(jìn)行超聲速的測(cè)定，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，最終得岀聲速，并與理論值進(jìn)行比較。關(guān)鍵詞：聲速測(cè)定。Abstract：Thisexperimentusestheultrasonicvelocitymeasurementinstrument(DF1027B),lowfrequencysignalgenerator,oscilloscope(ST16B)designtheresonanceinterferometr

2、y,phasecomparisonmethod,thetimedifferencemethodforsupersonicweremeasured,andtheexperimentaldataprocessingandanalysis,finallyobtainsthespeedofsound,andcomparedwiththetheoreticalvalue.—?、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解超聲波換能器的工作原理和功能；2、學(xué)習(xí)不同方法測(cè)定聲速的原理和技術(shù)；3、熟悉測(cè)定儀和示波器的調(diào)節(jié)和使用；4、測(cè)定聲速在空氣小的傳播速度。二、儀器設(shè)備ZKY.SS

3、超聲聲速測(cè)定儀、低頻信號(hào)發(fā)生器、示波器。三、實(shí)驗(yàn)原理由波動(dòng)理論得知，聲波的傳播速度v與聲波頻率和波長(zhǎng)Z間的關(guān)系為。所以只要測(cè)出聲波的頻率和波長(zhǎng)，就可以求出聲速。其中聲波頻率可由產(chǎn)生聲波的電信號(hào)發(fā)生器的振蕩頻率讀出，波長(zhǎng)則可用共振法和相位比較法進(jìn)行測(cè)量。吋差法可通過(guò)測(cè)量某一定間隔距離聲音傳播的時(shí)間來(lái)測(cè)量聲波的傳播速度。壓電陶瓷換能器木實(shí)驗(yàn)采用壓電陶瓷換能器來(lái)實(shí)現(xiàn)聲壓和電壓之間的轉(zhuǎn)換。它主要由壓電陶瓷環(huán)片、輕金屬鉛（做成喇叭形狀，增加輻射面積）和重金屈（如鐵）組成。壓電陶瓷片rti多晶體結(jié)構(gòu)的壓電材料錯(cuò)鈦酸鉛制成。在壓電陶瓷片的兩個(gè)底面加上正弦

4、交變電壓，它就會(huì)按正弦規(guī)律發(fā)生縱向伸縮，從而發(fā)出超聲波。同樣壓電陶瓷可以在聲壓的作川下把聲波信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。壓電陶瓷換能器在聲一電轉(zhuǎn)化過(guò)程中信號(hào)頻率保持不變。如圖1所示，S1作為聲波發(fā)射器，它把電信號(hào)轉(zhuǎn)化為聲波信號(hào)向空間發(fā)射。S2是信號(hào)接收器，它把接收到的聲波信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)供觀察。其中S1是固定的，而S2可以左右移動(dòng)。共振法測(cè)量波長(zhǎng)由聲源S1發(fā)出的聲波，經(jīng)介質(zhì)（空氣）傳播到S2,S2在接收聲波信號(hào)的同時(shí)反射部分聲波信號(hào)。如果接收面（S2）lj發(fā)射面（S1）嚴(yán)格平行，入射波即在接收面上垂直反射，入射波與反射波相干涉形成駐波。反射面處是位移

5、的波節(jié)，聲壓的波腹。改變接收器為發(fā)射源Z間的距離，在一系列特定的距離上，空氣中出現(xiàn)穩(wěn)定的駐波共振現(xiàn)彖。此吋等于半波過(guò)壓電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生的電信號(hào)的電壓值也最大（示波器顯示波形的幅值最大）。因此，若保持頻率不變，通過(guò)測(cè)最相鄰兩次接收信號(hào)達(dá)到極人值時(shí)接收面之間的距離，即可得到該波的波長(zhǎng)，并用計(jì)算出聲速。相位比較法測(cè)量波長(zhǎng)聲源S1發(fā)出聲波后，在其周圍形成聲場(chǎng)，聲場(chǎng)存介質(zhì)屮任一點(diǎn)的振動(dòng)相位是隨時(shí)間而變化的，但它和聲源振動(dòng)的位相差不隨時(shí)間變化。設(shè)聲源方程對(duì)寫(xiě)成，距聲源x處S2接，兩處振動(dòng)的位相差S八Sn+Z,若把兩處振動(dòng)分別輸入到示波器x軸和y軸（如圖2所

6、示），調(diào)節(jié)接收器使合振動(dòng)為一斜率為正的直線。當(dāng)，即時(shí)，合振動(dòng)為一斜率為負(fù)的直線。當(dāng)x為其它值時(shí)，合振動(dòng)為橢圓。移動(dòng)S2,當(dāng)其合振動(dòng)為直線的圖形斜率正、負(fù)更替變化一次，S2移動(dòng)的距離為一個(gè)波長(zhǎng)。準(zhǔn)確測(cè)定移動(dòng)的這個(gè)距離，再根據(jù)聲波頻率求出聲波的傳播速度。時(shí)差法測(cè)量原理以上兩種方法測(cè)聲速都是用示波器觀察波谷和波峰，或觀察兩個(gè)波間的相位差，原理是正確的，但讀數(shù)位置不易確定。較精確測(cè)最聲速是用聲波時(shí)羌法。時(shí)差法在工程屮得到了廣泛的應(yīng)用，它是將經(jīng)脈沖調(diào)制的電信號(hào)加到發(fā)射換能器上，聲波在介質(zhì)中傳播，經(jīng)過(guò)時(shí)間后，到達(dá)距離處的接收換能器，所以可以用以下公式求

7、出聲波在介質(zhì)中傳播的速度。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容準(zhǔn)備與聲速測(cè)量系統(tǒng)的連接1、示波器POWERJF關(guān)置ON,調(diào)節(jié)亮度（INTENSITY）和聚焦（FOCUS）,使波形清晰。2、觸發(fā)源（TRIG.SOURCE）開(kāi)關(guān)置INT,觸發(fā)方式（TRIG.MODE）開(kāi)關(guān)置AUTO，觸發(fā)電平（TRIG.LEVEL）右旋至鎖定（LOCK）狀態(tài)。3、聲速測(cè)量時(shí)，專用信號(hào)源、測(cè)試儀、示波器Z間的連接方法見(jiàn)圖9?4。諧振頻率的調(diào)節(jié)(1)將測(cè)試方法設(shè)置到連續(xù)方式，按圖9?4(a)所示連好線。按下CH1開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)示波器，能清楚地觀察到同步的止弦波信號(hào)。(2)調(diào)節(jié)專用信號(hào)源上的“發(fā)

8、射強(qiáng)度”旋鈕，使其輸出電壓在20VP-P左右，然后將換能器測(cè)試儀接線盒上的接收端接至示波器，將兩聲能轉(zhuǎn)換探頭靠近，按下CH2開(kāi)關(guān)，調(diào)整信號(hào)頻率，觀察接收波的電壓幅度變化，在某一頻