超声实验实验报告.doc

近代物理实验实验报告 超声实验 何昊东 工物50 指导老师：王合英 2017-3-9 【摘要】: 超声学是一门主要研究超声的产生方法和探测技术、超声在介质中的传播规律、超声与物质的相互作用，包括在微观尺度的相互作用以及超声的众多应用的学科。本实验利用超声在介质中的传播规律测量了超声探头的延迟时间、横波在不同介质中传播的折射角和纵、横波在不同介质中的传播速度，超声洁牙、超声洗碗机产品也相继问世。已经越来越多地出现在我们生活的方方面面。与方法主要器材是配套的探头脉冲激励下也与试块紧密耦合的孔的深度与测得的样品的左上角， 实验数据记录 (1) 表1.直探头测量数据 铝 钢 孔位置 3.63 左1 3.91 左2 16.13 左2 17.39 左3 28.71 左3 30.87 右1 9.99 右1 10.58 右2 22.50 右2 24.07 右3 35.08 右3 37.55 (2) 表2. 斜探头测量数据 铝 钢 孔位置位置cm 孔位置位置cm 右1 33.45 8.480 右1 33.82 36.360 右2 68.03 12.840 右2 69.06 40.688 右3 102.83 16.372 右3 103.24 43.472 左1 13.88 23.800 左1 13.88 51.172 左2 51.62 19.812 左2 50.55 47.760 左3 85.80 14.960 左3 86.51 43.300 备注：由于在测量左边三个孔和右边三个孔时为了方便测量，试块倒转再测的因此在差计算折射角时，只能左边孔的数据内部，右边孔的数据内部作差。中心频率测得为MHz 四、实验数据处理探头的延迟 图1 从图中可得： 直探头延迟：0.26μs 斜探头延迟：3.19μs 测量斜探头横波折射角 不妨假设横波折射角为θ，如图2横波折射示意图可以看出，对于横波有： 图2.横波折射示意图 该式中，?h已知，?l则根据之前斜探头数据中“位置一栏数据做差得到。” 1.43 1.17 0.90 0.825 测量超声声速 3.1. 纵波波速 直探头发出的超声波在界面上不会发生折射，所以直探头发出的纵波。 图3.直探头t-h图 从图中可得， 直探头纵波在铝中的波速为：6369.43 m/s 直探头纵波在钢中的波速为：5938.24 m/s 3.2. 横波波速 对于斜探头由声时t和缺陷位置h，探头延迟t0，声速v，折射角θ之间的关系： 可知t-h图拟合直线的斜率的一半的倒数再除以sin(θ)即为所求声速，各介质中斜探头拟合直线图如图4所示： 图4.斜探头t-h图 从图中可得， 斜探头横波在铝中的波速为：3057.57m/s 斜探头横波在钢中的波速为：3269.85m/s 测量试块的弹性模量 根据弹性模量的计算公式： 其中 将所求出的各介质中的波速带入即可解得： 表6.试块弹性参数 E/GPa σ K/GPa 钢 216 0.28 166 铝 68 0.35 76 测量试块中的超声波长 调节示波器的显示范围使得波包展开，截取波包即可测量得到超声频率。为：2.63Mhz 关于中心频率：在测量中心频率时一个事实即无论怎样改变程序中参数设定的工作频率，所测得的探头的中心频率其实是不会变也就是说探头的中心频率应当是一个固定特性。经查证决定中心频率的是压电晶片的厚度。 ：又称脉冲重复频率，是指探头在一秒内发出脉冲的次数。适当选择有助于。 根据波长λ和频率f，波速v的关系：，可得： 表7.超声波