中国民航大学：《大学物理实验》课程教学资源（PPT课件讲稿）声速测量（声速测定）

声速测定

声速测定

>声波是一种在弹性媒质中传播的机械波，它 是纵波，其振动方向与传播方向相一致。 >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

►声波是一种在弹性媒质中传播的机械波，它 是纵波，其振动方向与传播方向相一致。 ►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

测量声速的意义 >超声波在媒质中的传播速度与媒质的特性及状态等 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、蔗糖等 气体或溶液的浓度、氯丁橡胶乳液的比重以及输油 管中不同油晶的分界面等等，这些问题都可以通过 测定这些物质中的声速来解决。通过媒质中声速的 测量，可以了解被测媒质的特性或状态变化，因而 声速测量有非常广泛的应用，如无损检测、测距和 定位、测气体温度的瞬间变化、测液体的流速、测 材料的弹性模量等

► 超声波在媒质中的传播速度与媒质的特性及状态等 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、蔗糖等 气体或溶液的浓度、氯丁橡胶乳液的比重以及输油 管中不同油晶的分界面等等，这些问题都可以通过 测定这些物质中的声速来解决。通过媒质中声速的 测量，可以了解被测媒质的特性或状态变化，因而 声速测量有非常广泛的应用，如无损检测、测距和 定位、测气体温度的瞬间变化、测液体的流速、测 材料的弹性模量等。 测量声速的意义

[实验目的] >1.本实验是“阴极射线示波器”实验的继 续和深入。使用的熟悉程度。通过本实验将 检验学生对示波器 >2.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。 >3.学习用共振干涉法和相位比较法测定超声 波在空气中的传播速度。 4,学握用逐差法处理数据的方法

[ 实验目的] ► 1．本实验是“阴极射线示波器”实验的继 续和深入。使用的熟悉程度。通过本实验将 检验学生对示波器 ►2．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。 ►3．学习用共振干涉法和相位比较法测定超声 波在空气中的传播速度。 ►4. 掌握用逐差法处理数据的方法

【实验仪器介绍】 D SVX-5声速测试仪信号源 “信号频率”用于调节输出信号的频率； “发射强度”用于调节输出信号电功率； 州大 专位合南常定仪情婴理 “接受增益”用于调节内部的接受增益。 :日88.88 出：■ 共： “测试方法”设置在“连续波”方式时， 面板左上方显示窗显示频率(kz); 设置在“脉冲波”方式时，显示窗显示 时间（μs)。当测量系统处于共振状 态时，面板左下角“信号指示灯”应 亮，并且在测量过程中应一直保持亮

【实验仪器介绍】 ► SVX-5声速测试仪信号源 ► “信号频率”用于调节输出信号的频率； ► “发射强度”用于调节输出信号电功率； ► “接受增益”用于调节内部的接受增益。 ► “测试方法”设置在“连续波”方式时， 面板左上方显示窗显示频率（kHz）； 设置在“脉冲波”方式时，显示窗显示 时间（μs）。当测量系统处于共振状 态时，面板左下角“信号指示灯”应 亮 ，并且在测量过程中应一直保持亮

○压电陶瓷超声换能器的工作原理 ●在声速测量中，采用压电陶瓷超声换能器作 为声波的发射器和接收器。 ●声速测量仪中换能器S,作为声波的发射器是 利用了压电材料的逆压电效应。压电陶瓷片在 交流电压作用下，发生纵向机械振动，在空气 中激发超声波。换能器$，作为声波的接收器是 利用了压电材料的压电效应。空气的振动使压 电陶瓷片发生机械形变，从而产生电场，把声 信号转变成了电信号

⚫压电陶瓷超声换能器的工作原理 ⚫在声速测量中，采用压电陶瓷超声换能器作 为声波的发射器和接收器。 ⚫声速测量仪中换能器S1作为声波的发射器是 利用了压电材料的逆压电效应。压电陶瓷片在 交流电压作用下，发生纵向机械振动，在空气 中激发超声波。换能器S2作为声波的接收器是 利用了压电材料的压电效应。空气的振动使压 电陶瓷片发生机械形变，从而产生电场，把声 信号转变成了电信号

1.基本原理 >声速 D 若固定频率为（共振频率），通过波长测量， 即可求得声速v。 本实验采用压电陶瓷超声换能器来实现声波和交流 电压间的转换。当电信号的频率与换能器的固有 振动频率相等时，其输出能量最大

1.基本原理 ► 声速 ► ► 若固定频率为f=f0（共振频率），通过波长λ测量， 即可求得声速 v。 ► 本实验采用压电陶瓷超声换能器来实现声波和交流 电压间的转换。当 电信号的频率与换能器的固有 振动频率相等时，其输出能量最大。 v = f 

2.共振干涉法 游标尺 示波器 低频信号发生器 图中S和S2,为压电陶瓷超声换能器，S作为超声源（发射）： 低频信号发生器发出的正弦电压信号接到换能器后，即能发 出一平面声波。S2作为超声波的接收头，接收的声压转换成 电信号后输入示波器观察，S2在接收超声波的同时还反射一 部分超声波

2．共振干涉法 低频信号发生器 游标尺 示波器 图中S1和S2，为压电陶瓷超声换能器，S1作为超声源(发射)， 低频信号发生器发出的正弦电压信号接到换能器后，即能发 出一平面声波。S2作为超声波的接收头，接收的声压转换成 电信号后输入示波器观察，S2在接收超声波的同时还反射一 部分超声波

>由S1发出的超声波和由S2反射的超声波 在S1,S2之间的区域干涉而形成驻波。 可以证明，相邻两极大值之间的距离为 半波长/2整数倍时，接收面S2上的声压 达到极大值。具此我们就能得到超声波 的波长。再由XD一X型低频信号发生器 读出超声源的频率就可计算出声速

►由S1发出的超声波和由S2反射的超声波 在S1，S2之间的区域干涉而形成驻波。 可以证明，相邻两极大值之间的距离为 半波长λ/2整数倍时，接收面S2上的声压 达到极大值。具此我们就能得到超声波 的波长。再由XD—X型低频信号发生器 读出超声源的频率 f 就可计算出声速

实验测量 >移动S2,观察示波器显示的正弦波振幅 变化，用游标尺读出振幅极大值S,所在位 置1。不断移动S2,连续读出20个相邻的振 幅极大位置

►移动S2，观察示波器显示的正弦波振幅 变化，用游标尺读出振幅极大值S2所在位 置l i。不断移动S2，连续读出20个相邻的振 幅极大位置。 实验测量