西安邮电大学：《大学物理实验》课程教学课件（PPT讲稿）实验28 超声声速测定

超声声速测定物理实验教学中心

超声声速测定 物理实验教学中心

实验背景超声波测厚超声波测速超声波探伤声波是一种在弹性介质中传播的机械波，声波的测量在定位、探伤、测厚等应用中具有十分重要的意义。一般使用的声波是超声波，超声波是具有较高频率频率高于20KHz可以定向传播的机械波。本实验用来测量超声波在空气中传播的速度测定南速有两种方法一是测出声波传播距离及所需时间，由S=算出声速：是测出频率和波长，由=算出南速

超声波测厚 超声波测速 超声波探伤

实验目的学会用驻波法和相位比较法测定声速加深对驻波的理解熟悉示波器的使用及了解气体参数对声速的影响

学会用驻波法和相位比较法测定声速。 加深对驻波的理解。 熟悉示波器的使用及了解气体参数对声速的影响

实验仪器专用信号源KHA3722超声速测定仪示波器干湿温度计和气压计

干湿温度计和气压计 超声速测 定仪 专用信 号源 示波器

丝杆数字显示游标卡尺Ss指手鼓轮洲试精塑辐射腔发射换能器接收换能器声速测定仪外型声波反射面0溯试方法传插介质kHz反射板压电陶瓷极板冰神液体数字期率指示汽修360换能器结构简图AS发射测接收端钢节OOO0000O发射强度按收增益信号频事信号指示灯StYS.YiSVX-5型信号源面板

声速测定仪外型 SVX-5型信号源面板 换能器结构简图

实验原理1驻波共振法（干涉法）测声速驻波：两列传播方向相反的相干波（频率相同、振动方向相同且相位差恒定的两列波）在同一直线上互相叠加的结果驻波某些点的振动始终加强，其振幅是两列行波的振幅之和，这些点称为波腹：而另些点的合振幅为零，这些点称为波节。相邻两波节或两波腹间的距离就是半个波长。由声源发出的平面波经前方垂直于水平轴的刚性平面反射后，反射波与入射波发生干涉而形成驻波，相邻两电压最大值或最小值之间的距离即为入2

1. 驻波共振法（干涉法）测声速 驻波：两列传播方向相反的相干波（频率相同、振动方向相同且相位差恒定 的两列波）在同一直线上互相叠加的结果。 驻波某些点的振动始终加强，其振幅是两列行波的振幅之和，这些点称为波腹；而另 一些点的合振幅为零，这些点称为波节。相邻两波节或两波腹间的距离就是半个波长。由 声源发出的平面波经前方垂直于水平轴的刚性平面反射后，反射波与入射波发生干涉而形 成驻波，相邻两电压最大值（或最小值）之间的距离即为λ/2

2.位相法测声速波是振动状态的传播，也可以说是相位的传播。发射换能器和接收换能器两信号间的相位差人马它们的间距L有如下关系：40-2元AL／入接收换能器每移动半个波长的距离，相位将改变元。设送入示波器x轴与y轴的超声正弦信号分别为：x=AcosCat+p）y=A,cos（a，t+Φ).x和y为质点在荧光屏x轴和y轴上光点的位移周号-(a)No=0（b）△0=元/2(c)0=元(d）=3元/2(e)20=2元移动换能接收器时示波器的光迹变化的李萨茹图形

2. 位相法测声速 波是振动状态的传播，也可以说是相位的传播。发射换能器和接收换能 器两信号间的相位差Δf与它们的间距ΔL有如下关系： Δf=2πΔL/λ 接收换能器每移动半个波长的距离，相位将改变π。 2 2 2 2 cos( ) sin ( ) y x y x x y x y x y xy A A A A f f f f       + − − = −         移动换能接收器时示波器的光迹变化的李萨茹图形

实验内容与步骤1驻波共振法测量超声速a按图示连接好实验电路s心SVX型信号源示波器12b将两换能器平面调至垂直于游标卡尺轴线，再彼此靠近（勿接触），调节信号频率使声源处于谐振状态（此时指示灯较亮此时应有足够的信号强度送至示波器以便观察。记录下谐振频率，并保持此值在实验过程中不变。C示波器功能开关置于CH2。移动接收换能器，使示波器上的正弦信号达到极值，记录相应的位置，相继测量10个极人值时接收器的位置，用逐差法求出波长：通过三入计算声速的大小

1. 驻波共振法测量超声速 a. 按图示连接好实验电路 b. 将两换能器平面调至垂直于游标卡尺轴线，再彼此靠近（勿接触），调节信号频率， 使声源处于谐振状态（此时指示灯较亮），此时应有足够的信号强度送至示波器以 便观察。记录下谐振频率，并保持此值在实验过程中不变

2位相法测量超声声速ab两个步骤同驻波法的a.bC.示波器的功能开关置于ADD：TIME/DIV置于X-Y挡。接收器平面移近发射面调节示波器使李萨如图形适中，以便于观察d.将接收器调至4d=0，李萨妞图形是象限的直线，读数并记录，随着振动相位由0一元变化，李萨如图形山正斜率的直线变为随圆，再变为斜率为负的直线每重复一个斜率符号相反的直线，数字显示游标卡尺移动的距离为半个波长，记录数据并差法处理得到波长人

2. 位相法测量超声声速 a. b. 两个步骤同驻波法的a， b。 c. 示波器的功能开关置于ADD；TIME/DIV置于X-Y挡。接收器平面移近发射面调 节示波器使李萨如图形适中，以便于观察

3数据记录及处理a.数据记录℃频率1室温Hz相差5个/2的AL次数位置读数（cm）L-0N-L-.-1L-2N-L-L-中3LAAL-L-L--5L-6-L-L--中N-L-L-么-XN半波长的平均值AL24b根据三广计算超声速c根据课本上超声声速的理论公式计算出理论值并计算测量值的相对误差

3. 数据记录及处理 室温 ℃，频率 f = Hz 次 数 位置读数（cm） 相差 5 个  2 的 L 0 L0 =  = − = L L L 1 5 0 1 L1 = 2 L2 =  = − = L L L 2 6 1 3 L3 = 4 L4 =  = − = L L L 3 7 2 5 L5 = 6 L6 =  = − = L L L 4 8 3 7 L7 = 8 L8 =  = − = L L L 5 9 4 9 L9 = 半波长的平均值 4 0 1 2 25 i i L L  = =  =  =  a. 数据记录