《超聲聲速的測定》PPT課件

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1、超聲聲速儀測聲速1、壓電換能器的工作原理2、共振干涉法和相位比較法測聲速的原理3、示波器的調(diào)整與使用4、逐差法處理數(shù)據(jù)的方法5、設計待測量的數(shù)據(jù)記錄表格一、預習提要1、了解超聲壓電換能器的結構和工作原理；2、熟悉示波器和低頻信號發(fā)生器的使用；3、用共振干涉法和相位比較法測量空氣中的聲速。4、學會用逐差法處理數(shù)據(jù)，并對結果的不確定度進行分析。二、實驗要求與目的三、聲波的基本知識1、橫波與縱波；超聲波；聲波是一種機械波。頻率超過20KHz的聲波稱為超聲波。聲波的頻率、波長、速度、相位等是聲波的重要特性。2、理想氣體中的聲速值γ

2、-絕熱系數(shù)，R-摩爾氣體常數(shù)，μ-空氣分子的摩爾質(zhì)量，T-絕對溫度三、聲波的基本知識由此可見，氣體中的聲速v和溫度T有關，還與比熱比γ及摩爾質(zhì)量μ有關，后兩個因素與氣體成分有關。在標準狀態(tài)下，時，聲速顯然在時，干燥空氣中聲速的理論值應為由此可見，在極地和赤道，在冬天和夏天，聲音的傳播速度是不同的。聲波在生活和科技中的應用1、地震預報（利用地震波中縱波與橫波波速的不同）；2、醫(yī)學應用：B超與彩超（利用人體不同結構中聲速的不同）；3、無損檢測（利用兩種不同介質(zhì)表面對聲波的反射）；4、海洋應用（聲吶）：魚群探測，海底地貌，軍艦與

3、潛艇導航；超聲聲速測定儀發(fā)射換能器接收換能器信號發(fā)生器頻率計示波器YS2S1共振干涉法實驗裝置四、實驗裝置相位比較法實驗裝置（相位比較法只需將信號發(fā)生器輸出的信號加在示波器的X端）四、實驗裝置開關顯示屏第二通道第一通道一通道增益調(diào)節(jié)二通道增益調(diào)節(jié)時基掃描聚焦輝度示波器頻率調(diào)節(jié)頻率范圍選擇信號輸出波形選擇開關信號發(fā)生器聲速測量儀超聲聲速測定儀由兩只相同的壓電陶瓷換能器組成，分別用于超聲波的發(fā)射和接收。五、實驗原理（一）、超聲聲速測定儀的工作原理1、超聲波的發(fā)射原理（逆壓電效應）；首先在發(fā)射端加一個正弦信號，壓電陶瓷會發(fā)生周期

4、性伸長縮短，這個振動被傳遞給變幅桿，當傳到端面上時，就在空氣中激發(fā)出超聲波。2、超聲波的接收原理（正壓電效應）接受端的壓電陶瓷將接收到的聲振動轉化為電信號3、壓電陶瓷換能器的諧振頻率f0五、實驗原理（二）、聲速的測量原理五、實驗原理（二）、聲速的測量原理1.相位比較法設：聲波頻率為f,空間任一接收點和發(fā)射點的相位差為同相點：反相點：相鄰同相點和反相點：五、實驗原理（二）、聲速的測量原理結論：若記下李薩茹圖形為相同直線時接收器所處位置，則每兩個相鄰點之間的距離就是位移波S2S1聲壓波1、共振干涉法（駐波法）結論：每兩個相臨波

5、腹（波節(jié)）間的距離為1、共振干涉法（駐波法）s1和s2為壓電陶瓷超聲換能器，s1作為超聲源（發(fā)射頭），信號源發(fā)出的正弦電壓信號接到換能器s1后，即能發(fā)出一平面聲波。s2作為超聲波的接收頭，接收的聲壓轉換成電信號后輸入示波器觀察，s2在接收超聲波的同時還反射一部分超聲波。這樣，由s1發(fā)出的超聲波和由s2反射的超聲波在s1、s2之間的區(qū)域干涉而形成駐波。改變s1、s2之間的距離，在一系列特定的位置上，接收面s2上的聲壓達到極大值，移動接收器，會發(fā)現(xiàn)接收信號振幅從大到小出現(xiàn)周期性變化，測出接收信號極大時，接收器的位置L1,L2L

6、3,---每兩相鄰點之間距離就是按實驗裝置圖接線，使發(fā)射頭和接收頭的端面盡量平行；共振頻率，調(diào)整函數(shù)發(fā)生器的輸出頻率，使接收頭輸出的電信號幅度最大；相位比較法測波長，記錄示波器上圖形相繼出現(xiàn)10個相同直線形時所對應的接收頭的坐標。六、實驗內(nèi)容七、數(shù)據(jù)記錄與處理LiL1L2L3L4L5sLi+5L6L7L8L9L10s單位：mm六、數(shù)據(jù)記錄及處理八、注意事項1.為保證性能穩(wěn)定，應預熱10分鐘后再使用。2.調(diào)節(jié)儀器旋鈕要輕緩，以免損壞。3.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。4.螺旋來回轉動會產(chǎn)生螺距間隙偏差

7、，測量時應朝一個方向轉動超聲測量儀測微螺旋。八、注意事項5.實驗中S2的測量必須是連續(xù)進行的,決不可進行跳躍式測量。6.信號源電源開關打開后，S1與S2發(fā)射面和接收面要保持相互平行并S1與S2間距必須大于3cm，否則會損壞壓電換能器。八、注意事項7、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。8、由于聲波在空氣中衰減較大，隨著接收換能器與發(fā)射換能器之間距離的增大，接收到的信號幅度會很快變小。實驗中必要時應調(diào)節(jié)示波器輸入通道的靈敏度調(diào)節(jié)旋鈕。九、思考題1.形成駐波的條件是什么？兩壓電換能

8、器的端面為什么要平行？2.聲速測量中共振干涉法、相位法、時差法有何異同？3.為什么要在諧振頻率條件下進行測量？如何調(diào)節(jié)和判斷測量系統(tǒng)是否處于諧振狀態(tài)？4.相位比較法測量聲速時，選擇什么樣的李薩如圖形進行測量？為什么？謝謝