SV5空气液体及固体介质中的声速测量.pdf

(SV5、SV6型声速测量组合仪使用说明)

实

验

讲

义

杭州精科仪器有限公司

空气、液体及固体介质的声速测量

声波是一种在弹性媒质中传播的机械波，频率低于20Hz的声波称为次声波；频率在

20Hz~20kHz的声波可以被人听到，称为可闻声波；频率在20kHz以上的声波称为超

声波。超声波在媒质中的传播速度与媒质的特性及状态因素有关。因而通过媒质中声速的

测定，可以了解媒质的特性或状态变化。例如，测量氯气（气体）、蔗糖（溶液）的浓度、

氯丁橡胶乳液的比重以及输油管中不同油品的分界面，等等，这些问题都可以通过测定这

些物质中的声速来解决。可见，声速测定在工业生产上具有一定的实用意义。同时，通过

液体中声速的测量，了解水下声纳技术应用的基本概念。

【实验目的】

1．了解压电换能器的功能，加深对驻波及振动合成等理论知识的理解。

2．学习用共振干涉法、相位比较法和时差法测定超声波的传播速度。

3．通过用时差法对多种介质的测量，了解声纳技术的原理及其重要的实用意义。

【实验原理】

VλfV=f•λ

在波动过程中波速、波长和频率之间存在着下列关系：，实验中可

λfV

通过测定声波的波长和频率来求得声速。常用的方法有共振干涉法与相位比较法。

LtL=V•tLt

声波传播的距离与传播的时间存在下列关系：，只要测出和就可

测出声波传播的速度V，这就是时差法测量声速的原理。

1．共振干涉法（驻波法）测量声速的原理：

当二束幅度相同，方向相反的声波相交时，产生干涉现象，出现驻波。对于波束1：

F=A•cos(ωt−2π•X/λ)、波束2：F=A•cosωt+2π•X/λ()，当它们相交会时，

1F=2A•cos2π•X/λ•cosωt(2)ωt

叠加后的波形成波束3：，这里为声波的角频率，为

3

经过的时间，X为经过的距离。由此可见，叠加后的声波幅度，随距离按cos2π•X/λ()

变化。如图1所示。压电陶瓷换能器S作为声波发射器，它由信号源供给频率为数千周

1

的交流电信号，由逆压电效应发出一平面超声波；而换能器S则作为声波的接收器，正压

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电效应将接收到的声压转换成电信号，该信号输入示波器，我们在示波器上可看到一组由

声压信号产生的正弦波形。声源S发出的声波，经介质传播到S，在接收声波信号的同

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1

SS

时反射部分声波信号，如果接收面（）与发射面（）严格平行，入射波即在接收面

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上垂直反射，入射波与发射波相干涉形成驻波。我们在示波器上观察到的实际上是这两个

SSSS

相干波合成后在