文档介绍：超声波声速的测量
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目 录
二、实验目的
三、实验原理
1、谐振频率的测量
2、声速测量的方法
１）共振干涉法
２）相位比较法
一、声波研究的应用
四、实验内容
第2页，此课件共数字显示，提高了测量时读数的
准确度。由于计算技术和高质量、低功耗的大规模集成
电路的发展，人们已能用由微处理机控制的自动测量代替
逐点测量，使许多需要事后计算的声学测量和分析工作可
以用微计算机实时运算。
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以微处理机为中心的测量仪器，不但实现了小型化、多功能，而且由于采用了快速博里叶换算法从而实现了实时分析。同时也出现了一些新的声学测量和分析方法，例如实时频谱分析，声强测量，声源鉴别，瞬态信号分析，相关分析等。
今后声学测量的任务是采用新的测量技术，提出新的测量力法，使用自动化数字式仪器，以提高测量的淮确度和速度。
回顾历史，可以看到，在发展经典声学的过
程中，许多研究工作是直接用人耳来听声音的。直到本世纪，发展了无线电电子学，才使声波的测量采用了电声换能器和电子测量仪器。
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1. 理解压电陶瓷换能器的工作原理；
2. 掌握使用共振干涉法和相位比较法测量声波波速；
；
。
二、实验目的
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压电陶瓷换能器工作原理
本实验所使用的压电陶瓷换能器，一个是用来产生机械振动并在空气中激发出超声波；另一个用来接收振动，同时在电输出端产生相应的电信号。压电系统有一谐振频率，系统工作在谐振频率时，产生机械谐振，此时得到的电信号最强。
三、实验原理
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正压电效应：当压电材料受到与极化方向一致的应力T的作用而变形时，其内部就产生极化现象，在它的两个表面上就带有符号相反的电荷，在极化方向上产生一定的电场强度E，且具有线性关系：E=σT；当力方向改变时，电荷的极性也随着改变；当外力去掉后，它又重新恢复不带电时的状态。
压电式传感器工作原理是以某些物质的压电效应为基础的。
逆压电效应：当在压电材料的极化方向施加与极化方向一致的外加电压U，这些材料会产生伸缩形变，且与U有线性关系：S=dU；若施加交变电场，则介质因形变而振动。
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1、压电陶瓷换能器谐振频率的调节
根据示波器显示的波形幅度确定换能器（发射端）激励信号频率。改变信号发生器的频率时，看到…
参数测量：
谐振频率：
室温：
四、实验内容
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2、声速测量的方法
本实验是对超声波波速的测量。测量声速最简单、最有效的方法之一是利用声速v 、振动频率 f 和波长 λ 之间的基本关系，即
测量波长λ有两种方法：
１）．相位比较法
２）．共振干涉法
本实验在换能器谐振状态下进行声速的测量，振动频率f即为所用换能器的谐振频率
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1）．相位比较法
波是振动状态的传播，也可以说是相位的传播。沿传播方向上的任何两点，其振动状态相同,即同相(相位差为0或者说其相位差为2π的整数倍)，两点间的距离 l 应等于波长λ的整数倍，即
(n为正整数)
利用这个公式可测量波长。
注：声波是纵波，图以横波示例，为清楚说明物理量的关系。
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位相比较法测声速装置示意图
相位比较法接线图
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示波器CH1和CH2分别接换能器发射端和接收端，示波器的
“扫描信号周期”选择“X-Y”档，当改变换能器之间的距离时……
相位比较法信号输出
两个同斜率直线所对应的换能器间距为一个波长λ 。
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两路电信号的合成—李萨如图形
当两路信号同时输入示波器时，荧光屏上将显示两个同频率相互垂直的简谐振动的叠加图—李萨如图
两路信号相位差为π/4 。
两路信号相位差为0或2π整数倍 。
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相位比较法数据处理
（1）记录半波长数据
李萨如图形
接受头位置
Ｌ１
Ｌ２
Ｌ３
Ｌ４
Ｌ４
Ｌ５
Ｌ６
Ｌ７
Ｌ９
Ｌ９
Ｌ10
Ｌ11
Ｌ12
卡尺读数（cm）
接收头位置
接收头位置
(cm)
（cm）