超声声速的测定.ppt

超声声速仪 测声速 1、 压电换能器的工作原理 2、共振干涉法和相位比较法测声速的原理 3、示波器的调整与使用 4、逐差法处理数据的方法 5、设计待测量的数据记录表格 一、预 习 提 要 1、了解超声压电换能器的结构和工作原理； 2、 熟悉示波器和低频信号发生器的使用； 3、用共振干涉法和相位比较法测量空气中的 声速。 4、学会用逐差法处理数据，并对结果的不确定度进行分析。 二、实验要求与目的 三、声波的基本知识 1、横波与纵波；超声波； 声波是一种机械波。频率超过20KHz的声波称为超声波。声波的频率、波长、速度、相位等是声波的重要特性。 2、理想气体中的声速值 γ-绝热系数，R-摩尔气体常数，μ-空气分子的摩尔质量，T-绝对温度 三、声波的基本知识 由此可见，气体中的声速 v 和温度 T 有关，还与比热比γ及摩尔质量μ有关，后两个因素与气体成分有关。 在标准状态下， 时，声速 显然在 时，干燥空气中声速的理论值应为 由此可见，在极地和赤道，在冬天和夏天，声音的传播速度是不同的。 声波在生活和科技中的应用 1、地震预报（利用地震波中纵波与横波波速的不同）； 2、医学应用：B超与彩超（利用人体不同结构中声速的不同）； 3、无损检测（利用两种不同介质表面对声波的反射）； 4、海洋应用（声呐）：鱼群探测，海底地貌，军舰与潜艇导航； 超声声速测定仪 发射换能器 接收换能器 信号发生器 频率计 示波器 Y S2 S1 共振干涉法实验装置 四、实 验 装 置 相位比较法实验装置 （相位比较法只需将信号发生器输出的信号加在示波器的X端） 四、实 验 装 置 开关 显示屏 第二通道 第一通道 一通道 增益调节 二通道 增益调节 时基扫描 聚焦 辉度 示 波 器 频率调节 频率范围选择 信号输出 波形选择 开关 信号发生器 声速测量仪 超声声速测定仪由两只相同的压电陶瓷换 能器组成，分别用于超声波的发射和接收。 五、实 验 原 理 （一）、超声声速测定仪的工作原理 1、超声波的发射原理（逆压电效应）； 首先在发射端加一个正弦信号，压电陶瓷会发生周期性伸长缩短，这个振动被传递给变幅杆，当传到端面上时，就在空气中激发出超声波。 2 、超声波的接收原理（正压电效应） 接受端的压电陶瓷将接收到的声振动转化为电信号 3、压电陶瓷换能器的谐振频率f0 五、实 验 原 理 （二）、声速的测量原理 五、实 验 原 理 （二）、声速的测量原理 1.相位比较法 设：声波频率为f,空间任一接收点和发射点的相位差为 同相点： 反相点： 相邻同相点和反相点： 五、实 验 原 理 （二）、声速的测量原理 结论：若记下李萨茹图形为相同直线时接收器所处位置，则每两个相邻点之间的距离就是 位移波 S2 S1 声压波 1、 共振干涉法（驻波法） 结论：每两个相临波腹（波节）间的距离为 1、 共振干涉法（驻波法） s1和s2为压电陶瓷超声换能器，s1作为超声源（发射头），信号源发出的正弦电压信号接到换能器s1后，即能发出一平面声波。s2作为超声波的接收头，接收的声压转换成电信号后输入示波器观察，s2在接收超声波的同时还反射一部分超声波。这样，由s1发出的超声波和由s2反射的超声波在s1、s2之间的区域干涉而形成驻波。改变s1、s2之间的距离，在一系列特定的位置上，接收面s2上的声压达到极大值，移动接收器，会发现接收信号振幅从大到小出现周期性变化，测出接收信号极大时，接收器的位置L1,L2L3,---每两相邻点之间距离就是 按实验装置图接线，使发射头和接收头的端面尽量平行； 共振频率，调整函数发生器的输出频率，使接收头输出的电信号幅度最大； 相位比较法测波长，记录示波器上图形相继出现10个相同直线形时所对应的接收头的坐标。 六、实 验 内 容 七、数据记录与处理 s L10 L9 L8 L7 L6 Li+5 s L5 L4 L3 L2 L1 Li 单位：mm 六、数据记录及处理 八、注意事项 1. 为保证性能稳定，应预热10分钟后再使用。 2. 调节仪器旋钮要轻缓，以免损坏。