大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)：超聲聲速測(cè)定

超聲聲速測(cè)定聲波特性的測(cè)量，如頻率、波長(zhǎng)、聲速、聲壓衰減、相位等，是聲波檢測(cè)技術(shù)中的重要內(nèi)容。特別是聲速的測(cè)量，不僅可以了解媒質(zhì)的特性而且還可以了解媒質(zhì)的狀態(tài)變化，在聲波定位、探傷、測(cè)距等應(yīng)用中具有重要的實(shí)用意義。例如，聲波測(cè)井、聲波測(cè)量氣體或液體的濃度和比重、聲波測(cè)量輸油管中不同油品的分界面等等?！奥曀俚臏y(cè)量”是一個(gè)綜合性聲學(xué)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中采用壓電陶瓷超聲換能器通過(guò)駐波法（共振干涉法）和相位比較法測(cè)量超聲波在空氣中的傳播速度，這是一個(gè)非電量電測(cè)方法的應(yīng)用。通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以重點(diǎn)學(xué)習(xí)如下內(nèi)容：（1）實(shí)驗(yàn)方法：非電量的電測(cè)方法；測(cè)量聲速的駐波法和相位比較法。（2）測(cè)量方法：利用示波器測(cè)量電信號(hào)的極大值和觀察李薩如圖形測(cè)量相位差的方法。（3）數(shù)據(jù)處理方法：求聲波波長(zhǎng)的逐差法。（4）儀器調(diào)整使用方法：雙蹤示波器和函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的正確調(diào)節(jié)和使用方法?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.學(xué)習(xí)用駐波共振法和相位比較法測(cè)量超聲波在空氣中的傳播速度。2.了解壓電換能器的功能。3.學(xué)習(xí)用逐差法處理數(shù)據(jù)?！緦?shí)驗(yàn)儀器】SVX-5型聲速測(cè)試儀信號(hào)源、SV-DH系列聲速測(cè)試儀、雙蹤示波器等【實(shí)驗(yàn)原理】頻率介于20Hz～20kHz的機(jī)械波振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的傳播就形成聲波，介于20kHz～500MHz的稱為超聲波，超聲波的傳播速度就是聲波的傳播速度，而超聲波具有波長(zhǎng)短，易于定向發(fā)射和會(huì)聚等優(yōu)點(diǎn)，聲速實(shí)驗(yàn)所采用的聲波頻率一般都在20KHz～60kHz之間。在此頻率范圍內(nèi)，采用壓電陶瓷換能器作為聲波的發(fā)射器、接收器、效果最佳。根據(jù)聲波各參量之間的關(guān)系可知,其中為波速,λ為波長(zhǎng),為頻率。圖4-5-1共振法測(cè)量聲速實(shí)驗(yàn)裝置在實(shí)驗(yàn)中,可以通過(guò)測(cè)定聲波的波長(zhǎng)λ和頻率求聲速。聲波的頻率可以直接從低頻信號(hào)發(fā)生器(信號(hào)源)上讀出,而聲波的波長(zhǎng)λ則常用相位比較法(行波法)和共振干涉法(駐波法)來(lái)測(cè)量。圖4-5-2

相位比較法測(cè)量聲速實(shí)驗(yàn)裝置1.相位比較法實(shí)驗(yàn)裝置接線如圖4-5-2所示，置示波器功能于X－Y方式。當(dāng)S1發(fā)出的平面超聲波通過(guò)媒質(zhì)到達(dá)接收器S2，合成振動(dòng)方程為：【數(shù)據(jù)記錄及處理】駐波法t=0Cv0=331.45m/s=Hz波幅最大位置i（mm）12345波幅最大位置i+5（mm）678910（mm）相位法t=0C331.45m/s=Hz相位變化為位置i（mm）12345相位變化為位置i+5（mm）678910（mm）【預(yù)習(xí)要求】1、理解駐波法和相位比較法測(cè)量聲速的基本原理。2、了解形成駐波和李薩如圖形的基本理論。3、了解函數(shù)信號(hào)發(fā)生器和示波器的調(diào)整和使用方法。4、理解測(cè)量波長(zhǎng)的駐波法和相位比較法。5、熟悉實(shí)驗(yàn)的具體內(nèi)容。6、列出測(cè)量數(shù)據(jù)記錄表?！咀⒁馐马?xiàng)】1、必須仔細(xì)閱讀教材中各儀器說(shuō)明書，熟悉各個(gè)旋鈕的功能，方可進(jìn)行調(diào)節(jié)。2、信號(hào)發(fā)射器的信號(hào)輸出幅度不要過(guò)大，避免儀器過(guò)熱而損壞。3、調(diào)節(jié)儀器旋鈕要輕緩，以免損壞。4、實(shí)驗(yàn)時(shí)要使函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率等于換能器的諧振頻率，并且在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中保持不變。5、使用游標(biāo)尺測(cè)量移動(dòng)距離時(shí)，必須輕而緩慢地調(diào)節(jié)，手勿壓游標(biāo)尺。6、換能器發(fā)射面和接受面要保持相互平行。【思考題】1、駐波法測(cè)量聲速的原理和方法是什么？2、相位比較法測(cè)量聲速的原理和方法是什么？3、實(shí)驗(yàn)中信號(hào)發(fā)生器和示波器各起什么作用？4、實(shí)驗(yàn)中通過(guò)什么來(lái)發(fā)射和接收聲波？5、實(shí)驗(yàn)中為什么要在壓電換能器諧振狀態(tài)下測(cè)量空氣中的聲速？6、實(shí)驗(yàn)時(shí)怎樣找到超聲換能器的諧振頻率？7、實(shí)驗(yàn)中為什么