超声波声速的测定.ppt

超声波声速的测定一、实验目的二、实验原理1.相位比较法
相位比较法测声速连线图如图所示从S1发出的正弦波与S2收到的正弦波之间的相位差为

S1与S2之间变化一个波长λ，φ相位差变化2π，示波器上所观察到的李萨如图随之变化一个周期，测出波长，从而可以计算出波速。
2.驻波法（驻波共振法）
驻波法测声速示意图：沿x方向的入射波和反射波相遇干涉时，在空间某点的合振动方程为:
y=y1+y2=(2Acos2πx/λ)cos2πft，
波腹处振幅最大，波节处振幅为零，由纵波的性质可以知道，当接收换能器端面位于振动的波节时，正好声压值最大。移动S2，可看到示波器上显示的声压值不断地由最大变到最小再变到最大，呈周期性变化。二相邻的振幅最大点之间移动过的距离亦为两相邻波节的距离，即3.时差法
时差法测声速连线图如图所示：

时差法是将脉冲调制信号加到发射器上，声波在介质中传播，经过时间后，到达距离处的接收换能器，可以用以下公式求出声波在介质中的传播速度三、实验仪器超声声速测定仪
声速测定仪是由压电换能系统S1、S2、游标卡尺、固定支架等部件组成，仪器装置如图3.1.9所示。S1、S2是两个压电陶瓷超声换能器，S1为发射换能器，它通过逆压电效应把电信号转换成以电信号频率的机械振动，从而推动空气分子振动产生平面声波；S2为接收换能器，它通过正压电效应把声信号转换为电信号以接收声波，其端面也是声波的反射界面，它们的结构完全相同，有共同的谐振频率，只有当外界输入信号的频率等于其谐振频率时，才能产生最佳的机械振动。
压电陶瓷换能器内部结构四、实验内容与步骤2.驻波法测定声速
(1)按图接好电路
(2)调整发射换能器的发射面与接收换能器的接收面保持平行。
(3)调整超声信号源的输出信号频率，观察示波器y轴信号的振幅，使振幅达到最大。此时表示发射换能器处于谐振状态。
(4)沿着同方向转动距离调节鼓轮，使发射面和接收面之间的距离逐渐增加，可观察到示波器中y轴振幅的大小会有周期性变化，依次记录示波器电压值幅值最大时，接受器S2的位置即为驻波的波节位置。
(5)记下连续10次出现幅度最大时接受器S2的位置，用逐差法处理数据，计算不确定度。3.时差法（选做）
（1）将测试方法设置到脉冲波方式。
（2）将S1和S2之间的距离调到。
（3）再调节接收增益，使示波器上显示的接收波信号幅度在300～400mV左右（峰－峰值），以使计时器工作在最佳状态，然后记录此时S2的读数。
（4）沿着相同方向转动距离调节鼓轮，改变发射面与接收面之间的距离，同时调节接收增益使接收波信号幅度始终保持一致。每隔10µs左右记录下S2的读数。
（5）记下室温，并用逐差法对实验数据进行处理。五、注意事项六、思考题