實(shí)驗(yàn)四十超聲波實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)四十 超聲波實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解聲波在空氣中傳播的特性 了解壓電換能器的功能 了解聲波的產(chǎn)生、發(fā)射和接受方法 進(jìn)一步掌握示波器、信號發(fā)生器的使用方法 加深對波的傳播、干涉、駐波、振動(dòng)合成等理論知識的理解。 學(xué)習(xí)駐波法和相位法測試超聲波在空氣、水中的傳播速度,實(shí)驗(yàn)器材,ZKY-SS聲速測定實(shí)驗(yàn)儀（信號源、測定儀、水槽）、示波器,移動(dòng)支架,換能器,水槽,示波器,信號源,發(fā)射換能器的發(fā)射面與接收換能器的接收面要保持互相平行,zky-ss型聲速測定實(shí)驗(yàn)儀主要由壓電陶瓷換能器和讀數(shù)標(biāo)尺組成,換能器結(jié)構(gòu)圖,壓電陶瓷片是由一種多晶結(jié)構(gòu)的壓電材料（如石英、鋯鈦酸鉛陶瓷等），在一定溫度下經(jīng)極化處理制成的。壓

2、電換能器可以把電能轉(zhuǎn)換為聲能作為超聲波發(fā)生器，反過來也可以使聲壓變化轉(zhuǎn)化為電壓變化，即用壓電陶瓷片作為聲頻信號接收器,壓電陶瓷換能器是由壓電陶瓷片和輕重兩種金屬組成,2. 示波器,水平移位,聚焦調(diào)節(jié),CH通道,靈敏度調(diào)節(jié)（,靈敏度調(diào)節(jié)（,垂直移位（CH1,觸發(fā)電平,CH1通道,垂直移位（CH2,亮度調(diào)節(jié),掃描速度選擇,3.信號發(fā)生器,頻率調(diào)節(jié),輸出超聲發(fā)射器驅(qū)動(dòng)信號,輸入超聲接收信號,輸出信號監(jiān)測,輸入信號監(jiān)測,實(shí)驗(yàn)原理,聲速、聲源振動(dòng)頻率和波長之間的關(guān)系為 式中 為聲速； 為頻率； 為波長,諧振時(shí),聲波頻率就是低頻信號發(fā)生器輸出頻率。因此聲速測量是通過直接測量聲波的波長,一.駐波法（共振干涉

3、法,聲波波長的測量方法,1.駐波的形成及特點(diǎn),駐波方程,任意兩相鄰波腹(波 節(jié))之間的距離為,波腹:振幅最大的點(diǎn). 對應(yīng)的位置,波節(jié):振幅最小的點(diǎn). 對應(yīng)的位置,發(fā)射換能器S1發(fā)出的一定頻率的平面聲波，經(jīng)過空氣傳播，到達(dá)接收器（接受換能器S2）。如果接收面與發(fā)射面嚴(yán)格平行，入射波即在接收面上垂直反射，入射波與反射波相干涉形成駐波，反射面處為駐波的波節(jié)。改變接收器與發(fā)射源之間的距離l，在一系列特定的距離上，媒質(zhì)中出現(xiàn)穩(wěn)定的駐波共振現(xiàn)象,聲壓變化與接收器位置的關(guān)系,移動(dòng)接受器時(shí)、示波器所顯示的信號幅度會(huì)由極大逐漸變小、然后再變大、相鄰二次達(dá)到極大值的距離為2,由縱波性質(zhì)和駐波理論可知，接收面按振動(dòng)

4、位移來說處于波節(jié)時(shí),接收到的聲壓相應(yīng)達(dá)到最大值,所接受電信號最強(qiáng),示波器x, y軸輸入波的相位差： 因?yàn)長改變一個(gè)波長時(shí)，相位差就改變 。利用李 薩如圖形就可以測得超聲波的波長,二.相位比較法（李薩如圖形法,當(dāng)移動(dòng)接收換能器時(shí)將會(huì)發(fā)現(xiàn)：不僅橢圓的幅值大小會(huì)隨發(fā)射接收的 距離L發(fā)生變化，而且橢圓的相位亦發(fā)生變化,相位差圖,相位差與李薩如圖形的關(guān)系,用駐波法或相位法測量聲音在空氣中 或水中的速度,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,一尋找系統(tǒng)的諧振頻率,實(shí)驗(yàn)步驟,轉(zhuǎn)動(dòng)絲桿尋找信號幅度最強(qiáng)的位置，找到后調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的頻率，使示波器上的信號幅度最大，再用微調(diào)旋鈕調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的頻率，使示波器上的信號幅度更大，此時(shí)信號發(fā)生器輸

5、出的頻率值即為本系統(tǒng)的諧振頻率f0,1. 接好電路（發(fā)射器激振器、接收器拾振器、發(fā)射監(jiān)測觸發(fā)信號、接收監(jiān)測CH2 ）。 2.選擇連續(xù)正弦波工作模式（共振法、相位法），預(yù)熱15分鐘。 3.尋找諧振頻率（CH2通道波幅最大時(shí)對應(yīng)的頻率）并記錄此頻率，在以后的實(shí)驗(yàn)中不得更改此頻率。 4.將S2移近S1,在距離5cm附近找共振位置（振幅最大點(diǎn)），移動(dòng)S2，依次記下各振幅極大時(shí)的x值，記錄10組數(shù)據(jù),二. 駐波法測波長,1. 接好電路（發(fā)射器激振器、接收器拾振器、發(fā)射監(jiān)測CH1、接收監(jiān)測CH2 ）。 2.選擇連續(xù)正弦波工作模式。 3. 示波器設(shè)置為x、y工作狀態(tài),選擇適當(dāng)?shù)臋n位,調(diào)出李薩如圖形。 3.在共振頻率下，使S2靠近S1，再緩慢遠(yuǎn)離S1，當(dāng)示波器上出現(xiàn)斜線（=0、），記下S2的位置x。 4.繼續(xù)移動(dòng)S2,示波器上李薩如圖形相位發(fā)生周期變化,依次記下斜線出現(xiàn)時(shí)S2的位置x1，x2,三.李薩如圖形法,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理,駐波法測量空氣中的聲速,1）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),2）逐差法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),3）空氣中聲速的理論值,計(jì)算測量值與理論值的相對誤差,注意事項(xiàng),電源接通時(shí)，兩