超声波声速的测量

时间：2026-01-19

超声波声速的测量课件

声速的测量

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实验目的1.了解声波研究的应用， 1.了解声波研究的应用，理解压电陶瓷换能器了解声波研究的应用的工作原理；的工作原理； 2.学习使用示波器进行信号接受和位相比较； 2.学习使用示波器进行信号接受和位相比较；学习使用示波器进行信号接受和位相比较 3.掌握使用共振干涉法和位相比较法测量声波 3.掌握使用共振干涉法和位相比较法测量声波波速；波速；熟练使用不确定度进行数据处理。 4. 熟练使用不确定度进行数据处理。

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实验原理——压电陶瓷换能器工作原理正负电极片

实验所使用的压电陶瓷换能器，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，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。电信号。压电系统有一谐振

后盖反射板压电陶瓷片辐射头

频率，频率，系统工作在谐振频率产生机械谐振，时，产生机械谐振，此时得到的电信号最强。到的电信号最强。

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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。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。正压电效应：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。逆压电效应：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S,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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实验原理——声速测量的方法超声波具有波长短、能定向传播等特点, 超声波具有波长短、能定向传播等特点,所以实验选择在超声波段进行声速测量。测量声速最简单、择在超声波段进行声速测量。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，的基本关系，即

v = fλ

本实验在换能器谐振状态下进行声速的测量，振动频率f 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

测量波长λ有两种方法：测量波长λ有两种方法： 1).位相比较法 2).共振干涉法

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实验内容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。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… 改变信号发生器的频率时，看到参数测量

:谐振频率： f 0= ______ ± _______ kHz 室温：t = ______± ________0C 仪 = 仪 = 5 0.5 Hz °C

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2、声速测量——位相比较法波是振动状态的传播，也可以说是位相的传播。波是振动状态的传播，也可以说是位相的传播。沿传播方向上的任何两点，其振动状态相同, 沿传播方向上的任何两点，其振动状态相同, 即同相位相差为0或者说其位相差为2 的整数倍) (位相差为0或者说其位相差为2π的整数倍),两点间应等于波长λ的整数倍，的距离 l 应等于波长λ的整数倍，即 (n为正整数为正整数) l = n λ (n为正整数) 利用这个公式可测量波长。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。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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位相比较法接线图

位相比较法测声速装置示意图

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位相比较法信号输出示波器CH1和CH2分别接换能器发射端和接收端，示波器的示波器CH1和CH2分别接换能器发射端和接收端， CH1 分别接换能器发射端和接收端扫描信号周期”选择“ “扫描信号周期”选择“X-Y”档，当改变换能器之间的距离时档当改变换能器之间的距离时……

φ2 φ1 =0

π4

π2

3 π 4

5 π 4

3 π 2