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声速的测量思考题声速的测量实验报告
声速的测量实验报告一、实验名称:声速的测量二、实验
目的1.了解声速的测量原理;
2.掌握示波器和信号发生器的使用方法。
3.掌握逐差法处理数据三、实验仪器示波器,信号发生
器、声速测量仪四、实验原理在弹性介质中,频率从20Hz到
20kHz的振动所激起的机械波称为声波,高于20kHz,称为超声
波,超声波的频率范围在之间。超声波的传播速度,就是声波
的传播速度。超声波具有波长短,易于定向发射等优点,在超
声波段进行声速测量比较方便。
由波动理论可知,波速与波长、频率有如下关系:,只要知
道频率和波长就可以求出波速。本实验通过低频信号发生器控
制换能器,信号发生器的输出频率就是声波频率。声波的波长
用驻波法(共振干涉法)和行波法(相位比较法)测量。
图1:超声波测声速实验装置图图2:
压电陶瓷换能器结构示意图压电陶瓷换能器(变压器)是
利用极化后压电体的压电效应来实现电压输出的。其输入部分
用正弦电压信号驱动,通过逆压电效应使其产生振动,振动波通
过输入和输出部分的机械耦合到输出部分,输出部分再通过正压
第1页共5页
电效应产生电荷,实现压电体的电能-机械能-电能的两次变换,
在压电变压器的谐振频率下获得最高输出电压。与电磁变压器
相比,这具有体积小,质量轻,功率密度高,效率高,耐击穿,耐高
温,不怕燃烧,无电磁干扰和电磁噪声,且结构简单、便于制作、
易批量生产,在某些领域成为电磁变压器的理想替代元件等优
点。此类变压器用于开关转换器、笔记本电脑、氖灯驱动器
等。
1.驻波法测波长由声源发出的平面波经前方的平面反射
后,入射波与发射波叠加,它们波动方程分别是:
叠加后合成波为:,求解可得各点振幅最大,称为波腹,对
应的位置:
各点振幅最小,称为波节,对应的位置:
因此只要测得相邻两波腹(或波节)的位置、即可得波
长。
2.相位比较法测波长从换能器发出的超声波到达接收器,
所以在同一时刻与处的波有一相位差:其中l是波长,x为和
之间距离)。因为x改变一个波长时,相位差就改变。利用李萨
如图形就可以测得超声波的波长。
图3:不同相位差对应的李萨如图型示例五、实验内容1.
调整仪器使系统处于最佳工作状态,换能器共振频率约为
35KHz。
第2页共5页
2.用驻波法(共振干涉法)测波长和声速。
3.用相位比较法测波长和声速。
注意事项1.确保换能器和端面的平行。
2.信号发生器输出信号频率与压电换能器谐振频率保持一
致。
六、数据处理学生姓名:姚佳俊学号:xxxx指导老师:张怀
作实验时间:2020年5月2日专业年级:石油工程2018级1、
选择合适的超声波频率信号发生器输出信号的频率(Hz)
36500.02、利用驻波法测量波长和声速表1.利用驻波法测量波
长数据表格内容12345678910移动磁鼓的位置(增加)
Xn(mm)51.1855.8660.4265.2269.6274.3279.0283.6888.3492.9
2移动磁鼓的位置(减小)Xn'
(mm)51.2055.8860.4465.2469.6474.3479.0483.7088.3692.94
平均值
AvgXn(mm)51.1955.8760.4365.2369.6374.3379.0383.6988.359
2.93利用逐差法进行数据处理:
表2.利用逐差法处理数据表格
1234523.1423.1623.2623.1223.3声波波长:
9.2784()声速:
338.66()3、用相位比较法测波长和声速表3.利用相位
比较法测量波长数据表格内容12345678910移动磁鼓的位置
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(增加)
Xn(mm)50.6255.4860.3265.0469.8274.6279.4484.2089.0093.8
6移动磁鼓的位置(减小)
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