实验( 七) 晶体弹性系数的量测.doc

實驗七 晶體彈性係數的量測 一 實驗目的： 利用PEO方法精密量測晶體的聲速的縱波、橫波，以求得晶體彈性的彈性係數 二 儀器設備： 儀器設備 數量 規格 傳輸時間測量儀 1 PANAMETRICS 5910 函數合成產生器 1 WAVETEK 171 類比示波器 1 具z軸輸入和x-y模式 換能器（縱波、橫波 V155系列） 2~3 1 MHz ~ 10 MHz 三 實驗原理： cw osc. Counter cw TRIG TRIG Pulser Pulse Pulser Pulser Intensitve Echoes Pulse Pulse and echoes Transducer 測量聲速可獲得待測物彈性性質和其所代表的物理性質，一般而言只需測量聲波在待測物中傳輸的時間和波程差即可得到波速，而波程差在反射量測法中，即是樣本厚度的二倍，傳輸時間則是示波器上回波間距，然而這間距的量測則因回波形狀複雜和示波器性能，使得傳輸的量測準確性不高，所測得的聲速並不精確，僅可供工業上使用，但對物性的量測，特別是監測物性變化，如此量得之聲速是不符合要求，所以需用ＰＥＯ測速才能做精密量測。 所謂ＰＥＯ測速法（Pulse-Echo Overlap Method）即是利用超聲波脈衝，在待測物多次往返的回波（echo），配合電子電路的使用而精確測得聲速的方法。 首先由5910送出電子脈衝推動超聲波換能器的超聲波脈衝，傳輸在樣本中由底面反射回來的機械脈衝由同一個換能器接收轉換成電子脈衝，經過放大、濾波等訊號處理後在示波器上呈現一系列的回波，以示波器的Ｚ軸輸入功能選擇連續兩個回波後，利用示波器的X-Y模式。其中X軸是由函數合成產生器（WAVETEK 171）送入的信號驅動，可由171的指撥開關調變頻率，而Y軸則是依次送入被擇定的回波，此即可在示波器上看到二個回波影像，在更動171上的指撥開關直至二個回波完全重疊，此時代表由171輸出頻率即為示波器X軸掃瞄頻率，而其倒數二次掃示回波的時間間，距這也是回波在時間軸上的時間間距--此即為超聲波在待測物中往返一次的傳輸時間。 聲速公式： 四、實驗步驟： 儀器設備裝置如圖 在待測物上滴上少量耦合劑，將換能器正確緊貼待測物上表面 將換能器以BNC接頭連接到5910的T/R端子 示波器調整，使其顯示回波的波列 在5910調整Damping紐和Energy紐，使送出的合宜電子脈衝中（由回波可知） Receiver Attenuation鈕和Filter鈕使回波波列較為簡單 使用Z-axis Marker的Delay 1 Delay 2移動示波器上二個加亮的cursor涵蓋所要選擇的回波 選定後，將示波器切換到X-Y模式，示波器同時呈現二個回波的信號 調動5910的Centering鈕，使二個完全展開 調動WAVETEK 171的指撥開關更動頻率直至二波重疊 讀取171上指撥開關所表示的頻率值，此值的數即為二個回波間傳輸時間的差 帶入聲波公式以求得聲速 五、數據： 溫度（Ｋ） 頻率（Hz） 時間（1/f） 聲速（m/s） 六、參考資料： １.H.F.Pollard Sound Waves in Solids. Pion. London(1977) ２.J. Williams and J.Lamb. On The Measurement of Ultrasonic Velocity in Solids. The Journal of The Acoustical Society of America , Vol 30 , Number 4 , April, pp. 308-313〔1958〕。 ３.V.A Shutilov, translated form the Russian by Michael E. Alferieff. Fundamental Physics of Ultrasound. Gordon and Breach Science Publishers. New York〔1988〕 Sample