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1、聲速測量姓名：學(xué)院：班級：學(xué)號：—、實驗項目名稱聲速測量二、實驗?zāi)康牧私饴曀俚臏y量原理2?學(xué)會用共振干涉法、相位比較法測量介質(zhì)中的聲速3?學(xué)會用逐差法進行數(shù)據(jù)處理三、實驗原理由于超聲波具有波長短，易于定向發(fā)射、易被反射等優(yōu)點。在超聲波段進行聲速測量的優(yōu)點還在于超聲波的波長短，可以在短距離較精確的測出聲速。超聲波的發(fā)射和接收一般通過電磁振動與機械振動的相互轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)，最常見的方法是利用壓電效應(yīng)和磁致伸縮效應(yīng)來實現(xiàn)的。本實驗采用的是壓電陶瓷制成的換能器(探頭)，這種壓電陶瓷可以在機械振動與交流電壓之間雙向換能。聲波的傳播速度與其頻率和波長的關(guān)系為:"丁(1)由(1)式可知，測
2、得聲波的頻率和波長，就可以得到聲速。同樣，傳播速度亦可用v=L/t(2)表示,若測得聲波傳播所經(jīng)過的距離L和傳播時間t,也可獲得聲速。1.共振干涉法實驗裝置如圖1所示，圖中和為壓電晶體換能器，作為聲波源,它被低頻信號發(fā)生器輸出的交流電信號激勵后，由于逆壓電效應(yīng)發(fā)生受迫振動，并向空氣中定向發(fā)出以近似的平面聲波；為超聲波接收器，聲波傳至它的接收面上時，再被反射。當(dāng)和的表面近似平行時，聲波就在兩個平面間來回反射，當(dāng)兩個平面間距L為半波長的整倍數(shù)，即(3)時，發(fā)出的聲波與其反射聲波的相位在處差,2……),因此形成共振。因為接收器的表面振動位移可以忽略，所以對位移來說是波節(jié)，對聲壓
3、來說是波腹。本實驗測量的是聲壓，所以當(dāng)形成共振時，接收器的輸出會出現(xiàn)明顯增大。從示波器上觀察到的電信號幅值也是極大值(參見圖2)o圖中各極大之間的距離均為，由于散射和其他損耗，各級大致幅值隨距離增大而逐漸減小。我們只要測出各極大值對應(yīng)的接收器的位置，就可測出波長。由信號源讀出超聲波的頻率值后,即可由公式(1)求得聲速。容柵數(shù)顯尺Z（cm）圖2接受器表［ftl聲壓隨距離的變化1.相位比較法波是振動狀態(tài)的傳播，也可以說是位相的傳播。沿波傳播方向的任何兩點同相位時，這兩點間的距離就是波長的整數(shù)倍。利用這個原理，可以精確的測量波長。實驗裝置如圖1所示，沿波的傳播方向移動接收器，接
4、收到的信號再次與發(fā)射器的位相相同時，一國的距離等于與聲波的波長。同樣也可以利用李薩如圖形來判斷位相差。實驗中輸入示波器的是來自同一信號源的信號，它們的頻率嚴(yán)格一致，所以李薩如圖是橢圓，橢的傾斜與兩信號的位相差有關(guān)，當(dāng)兩信號之間的位相差為0或時TI'H圓變成傾斜的直線。實驗儀器五.實驗內(nèi)容及步驟只有當(dāng)換能器S1的發(fā)射面和S2的接收面保持平行時才有較好的接收效果；為了得到較清晰的接收波形，應(yīng)將外加的驅(qū)動信號頻率調(diào)節(jié)到換能器S2的諧振頻率點處時，才能較好的進行聲能與電能的相互轉(zhuǎn)換（實際上有一個小的通頻帶）,以得到較好的實驗效果。按照調(diào)節(jié)到壓電陶瓷換能器諧振點處的信號頻率，估計一
5、下示波器的掃描時基t/div,并進行調(diào)節(jié)，使在示波器上獲得穩(wěn)定波形。超聲換能器工作狀態(tài)的調(diào)節(jié)方法如下：各儀器都正常工作以后，首先調(diào)節(jié)發(fā)射強度旋鈕，使聲速測試儀信號源輸出合適的電壓（8?10VP-P之間），再調(diào)整信號頻率（在25~45kHz）,選擇合適的示波器通道增益（一般0.2V?1V/div之間的位置），觀察頻率調(diào)整時接收波的電壓幅度變化，在某一頻率點處（34.5?37.5kHz之間）電壓幅度最大，此頻率即是壓電換能器SKS2相匹配頻率點，記錄頻率FN,改變S1和S2間的距離，適當(dāng)選擇位置，重新調(diào)整，再次測定工作頻率，共測5次，取平均頻率fo測量步驟將測試方法設(shè)置到連續(xù)
6、波方式，合適選擇相應(yīng)得測試介質(zhì)。完成前述2.K2.2步驟后，觀察示波器，找到接收波形的最大值。然后轉(zhuǎn)動距離調(diào)節(jié)鼓輪，這時波形的幅度會發(fā)生變化，記錄下幅度為最大時的距離Li-1，距離由數(shù)顯尺上讀出，再向前或者向后（必須是一個方向）移動距離，當(dāng)接收波經(jīng)變小后再到最大時，記錄下此時的距離Lio即有：波長Ai=2
7、Li-Li-1
8、,多次測定用逐差法處理數(shù)據(jù)。3?相位法/李薩如圖法測量波長的步驟將測試方法設(shè)置到連續(xù)波方式，合適選擇相應(yīng)的測試介質(zhì)。完成前述步驟后，將示波器打到“X?Y”方式，并選擇合適的通道增益。轉(zhuǎn)動距離調(diào)節(jié)鼓輪，觀察波形為一定角度的斜線，記錄下此時的距離Li-1;距
9、離由數(shù)顯尺上讀出，再向前或者向后（必須是一個方向形動距離,使觀察到的波形又回到前面所說的特定角度的斜線，記錄下此時的距離Lio即有：波長入?yún)[
10、Li丄/
11、六、數(shù)據(jù)記錄及處理（一定要有數(shù)據(jù)計算的具體步驟,要進行不確定度的計算）駐波法f=35.625kHz項目s?坐標(biāo)/mmX]X2X3X4X5X6X7X8X9X!040.44144.82849.26254.72258.79263.68868.74973.60178.44183.408逐差(5Ax)x6-x,X7-X2x廠X3X9-X4X/X523.24723.92124.33923.
