超声波衰减系数的测量实验报告

北京交通大学大学物理实验设计性实验报告实验题目超声波衰减系数的测量学院电气工程学院班级学号姓名首次实验时间年月日超声波衰减系数的测量实验方案一、实验任务：超声波在介质中传播，声波衰减与介质的特性和状态有关系，试用超声声速测定仪研究超声波在空气和液体（水）中的衰减系数，并研究超声波的频率与激励电信号波型对超声波在空气和水中的衰减系数的影响。

要求衰减系数测量误差不大于5%。

二、实验要求：1、参阅相关资料，了解超声波换能器种类，特别是压电式超声换能器工作原理。

了解超声波在不同介质中的传播特性。

2、熟悉超声声速测定仪和示波器的使用方法。

3、采用两种频率的正弦波分别测试超声波空气和液体（水）中的衰减系数，并确认数据结果的误差符合设计要求。

4、采用方波或脉冲波再分别测试超声波空气和液体（水）中的衰减系数，并确认数据结果的误差符合设计要求。

三、实验方案：1、物理模型的确立：超声波在损耗介质中的准驻波效应图1.超声波波束在空气中的传播和反射设产生超声波的波源处于坐标系原点O ，入射超声波波束沿坐标系x 轴方向传播，其波动方程为：()0=A exp y i t x ωγ-⎡⎤⎣⎦入 （1） 反射波的波动方程为：()(){}00=exp 2y RA i t x x ωγ+-反 （2） 其中，R 为反射系数，k i γα=-为波的传播系数，α是介质的衰减系数，2k πλ=是波矢。

入射波和反射波在0～0x 区间叠加，其合成波的波动方程为：()(){}()()()(){}0000022000000exp exp 2cos cos 2sin sin 2x x x x i t x x y A i t x RA i t x x e A e kx RA e k x x i A e kx RA e k x x ααωααωγωγ----=-++-⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦⎡⎤⎡⎤=+----⎣⎦⎣⎦O X 0 X（3）合成波各点均作简谐振动，其振幅分布为：()()12002222002Re cos 2x x x x A A e R e k x x ααα---⎡⎤=++-⎣⎦（4） 如果利用超声波接收器作反射面，则超声波接收器收到的合成波振幅为: ()01x A A R e α-=+ (5) 因为超声波发生器和接收器是由同一材料制成，所以有：00A U A U =（6） 其中0U 是信号发生器输出电压数值，U 是示波器显示电压数值。

超声设计性实验： 超声波衰减系数的测量一、实验目的：测量超声波在空气和水中的衰减系数二、实验原理：超声波在损耗介质中的准驻波效应图1.超声波波束在空气中的传播和反射设产生超声波的波源处于坐标系原点O ，入射超声波波束沿坐标系x 轴方向传播，其波动方程为：()0=A exp y i t x ωγ-⎡⎤⎣⎦入（1）反射波的波动方程为：()(){}00=exp 2y RA i t x x ωγ+-反 （2）其中，R 为反射系数，k i γα=-为波的传播系数，α是介质的衰减系数，2k πλ=是波矢。

入射波和反射波在0～0x 区间叠加，其合成波的波动方程为：()(){}()()()(){}0000022000000exp exp 2cos cos 2sin sin 2x x x x i t xx y A i t x RA i t x x e A e kx RA e k x x i A e kx RA e k x x ααωααωγωγ----=-++-⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦⎡⎤⎡⎤=+----⎣⎦⎣⎦（3）OX 0X合成波各点均作简谐振动，其振幅分布为：()()12002222002Recos 2x x x xA A e R ek x x ααα---⎡⎤=++-⎣⎦（4）如果利用超声波接收器作反射面，则超声波接收器收到的合成波振幅为:()01xA A R e α-=+ (5)因为超声波发生器和接收器是由同一材料制成，所以有：00A UA U =（6） 其中0U 是信号发生器输出电压数值，U 是示波器显示电压数值。

设超声波接收器在任意波峰位置处i x 时，示波器显示电压数值为i U ，则()()0ln ln 1A A R x α=+-（7）令()()00ln ln i U A A U y ==（8）()ln 1b R =+（9）则（7）式可以写成：y b x α=-（10）利用直线拟合方法，可以测量超声波在介质中的衰减系数。

北京交通大学大学物理实验设计性实验报告实验题目超声波衰减系数的测量学院电气工程学院班级学号姓名首次实验时间年月日超声波衰减系数的测量实验方案一、实验任务：超声波在介质中传播，声波衰减与介质的特性和状态有关系，试用超声声速测定仪研究超声波在空气和液体（水）中的衰减系数，并研究超声波的频率与激励电信号波型对超声波在空气和水中的衰减系数的影响。

要求衰减系数测量误差不大于5%。

二、实验要求：1、参阅相关资料，了解超声波换能器种类，特别是压电式超声换能器工作原理。

了解超声波在不同介质中的传播特性。

2、熟悉超声声速测定仪和示波器的使用方法。

3、采用两种频率的正弦波分别测试超声波空气和液体（水）中的衰减系数，并确认数据结果的误差符合设计要求。

4、采用方波或脉冲波再分别测试超声波空气和液体（水）中的衰减系数，并确认数据结果的误差符合设计要求。

三、实验方案：1、物理模型的确立：超声波在损耗介质中的准驻波效应图1.超声波波束在空气中的传播和反射设产生超声波的波源处于坐标系原点O ，入射超声波波束沿坐标系x 轴方向传播，其波动方程为：()0=A exp y i t x ωγ-⎡⎤⎣⎦入 （1） 反射波的波动方程为：()(){}00=exp 2y RA i t x x ωγ+-反 （2） 其中，R 为反射系数，k i γα=-为波的传播系数，α是介质的衰减系数，2k πλ=是波矢。

入射波和反射波在0～0x 区间叠加，其合成波的波动方程为：()(){}()()()(){}0000022000000exp exp 2cos cos 2sin sin 2x x x x i t x x y A i t x RA i t x x e A e kx RA e k x x i A e kx RA e k x x ααωααωγωγ----=-++-⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦⎡⎤⎡⎤=+----⎣⎦⎣⎦O X 0 X（3）合成波各点均作简谐振动，其振幅分布为：()()12002222002Re cos 2x x x x A A e R e k x x ααα---⎡⎤=++-⎣⎦（4） 如果利用超声波接收器作反射面，则超声波接收器收到的合成波振幅为: ()01x A A R e α-=+ (5) 因为超声波发生器和接收器是由同一材料制成，所以有：00A U A U =（6） 其中0U 是信号发生器输出电压数值，U 是示波器显示电压数值。

超声波衰减系数的测量一、实验任务：超声波在介质中传播，声波衰减与介质的特性和状态有关系，试用超声声速测定仪研究超声波在空气和液体（水）中的衰减系数，并研究超声波的频率与激励电信号波型对超声波在空气和水中的衰减系数的影响。

要求衰减系数测量误差不大于5%。

二、实验要求：1、参阅相关资料，了解超声波换能器种类，特别是压电式超声换能器工作原理。

了解超声波在不同介质中的传播特性。

2、熟悉超声声速测定仪和示波器的使用方法。

3、采用两种频率的正弦波分别测试超声波空气和液体（水）中的衰减系数，并确认数据结果的误差符合设计要求。

4、采用方波或脉冲波再分别测试超声波空气和液体（水）中的衰减系数，并确认数据结果的误差符合设计要求。

三、实验仪器：空气中衰减实验装置示意图水中衰减实验装置图四、实验内容：1.物理模型的比较与选择：（1）驻波法图1.超声波波束在空气中的传播和反射反射面反射波（1）超声波在损耗介质中的准驻波效应其中，R为反射系数， 是介质的衰减系数。

因为超声波发生器和接收器是由同一材料制成，所以有：其中0U是信号发生器输出电压数值，U是示波器显示电压数值。

（2)脉冲法衰减系数的脉冲法测量原理超声波在媒质中传播时的衰减系数和声速一样,是一个最基本的声学量。

利用超声波声压、声程乘积的自然对数与声程成线性关系，来测量钢铸件超声波衰减系数。

（3）测量固态材料超声波衰减系数的方法包括下述步骤：选取需要测量的固态材料作为样品；选用超声波检测仪器，利用需要测量固态材料对超声波检测仪器进行调校；使用调整好的超声波仪器，采用常规超声波检测方法对需要测量的固态材料进行超声波检测，至少记录４次超声波回波的声压幅值及声程值；按记录的超声波回波的声压幅值、声程值，用常规方法建立声压、声程乘积对数函数与声程曲线图；使用所建立的曲线图进行线性拟合，拟合出线性函数关系式，线性函数式斜率即为现场被测量固态材料的超声波衰减系数。

（4）物理模型的分析与比较比较分析可知，在实验室中，测量超声波在空气和水中的衰减系数最好利用驻波法，物理模型2、3不适用于测量。

超声波衰减系数的测量一、实验任务：超声波在介质中传播，声波衰减与介质的特性和状态有关系，试用超声声速测定仪研究超声波在空气和液体（水）中的衰减系数，并研究超声波的频率与激励电信号波型对超声波在空气和水中的衰减系数的影响。

要求衰减系数测量误差不大于5%。

二、实验要求：1、参阅相关资料，了解超声波换能器种类，特别是压电式超声换能器工作原理。

了解超声波在不同介质中的传播特性。

2、熟悉超声声速测定仪和示波器的使用方法。

3、采用两种频率的正弦波分别测试超声波空气和液体（水）中的衰减系数，并确认数据结果的误差符合设计要求。

4、采用方波或脉冲波再分别测试超声波空气和液体（水）中的衰减系数，并确认数据结果的误差符合设计要求。

三、实验仪器：空气中衰减实验装置示意图水中衰减实验装置图四、实验内容： 1.物理模型的比较与选择： （1）驻波法图1.超声波波束在空气中的传播和反射（1） 超声波在损耗介质中的准驻波效应超声波发生器超声波 接收器 反射面入射波反射波OX 0X()01xA A R e α-=+其中，R 为反射系数， α是介质的衰减系数。

因为超声波发生器和接收器是由同一材料制成，所以有：00A U A U =其中0U 是信号发生器输出电压数值，U 是示波器显示电压数值。

（2)脉冲法衰减系数的脉冲法测量原理 超声波在媒质中传播时的衰减系数和声速一样,是一个最基本的声学量。

利用超声波声压、声程乘积的自然对数与声程成线性关系，来测量钢铸件超声波衰减系数。

（3）测量固态材料超声波衰减系数的方法包括下述步骤：选取需要测量的固态材料作为样品；选用超声波检测仪器，利用需要测量固态材料对超声波检测仪器进行调校；使用调整好的超声波仪器，采用常规超声波检测方法对需要测量的固态材料进行超声波检测，至少记录４次超声波回波的声压幅值及声程值；按记录的超声波回波的声压幅值、声程值，用常规方法建立声压、声程乘积对数函数与声程曲线图；使用所建立的曲线图进行线性拟合，拟合出线性函数关系式，线性函数式斜率即为现场被测量固态材料的超声波衰减系数。

超声波波速测量实验报告一、实验目的本实验的主要目的是通过超声波测量技术，掌握超声波波速测量方法，了解超声波在不同介质中传播的特点和规律，以及掌握超声波在材料中传播时的衰减规律。

二、实验原理1. 超声波测量原理超声波是指频率高于人类听觉范围（20Hz ~ 20kHz）的机械振动波。

当超声波在介质中传播时，会受到介质密度、弹性模量等物理参数的影响。

因此，在不同介质中传播时，其传播速度也会发生变化。

根据超声波在介质中传播的特点和规律，可以通过测量其在不同介质中的传播时间和路径长度来计算出其传播速度。

2. 超声波衰减原理当超声波在材料中传播时，由于材料内部存在着各种缺陷和微小孔隙等结构，因此会受到能量损失和衰减。

这种能量损失和衰减就称为超声波衰减。

根据超声波在材料中传播时的衰减规律，可以通过测量超声波在材料中的传播距离和衰减程度来计算出材料的衰减系数。

三、实验器材1. 超声波测量仪2. 超声波探头3. 不同介质（如水、玻璃、金属等）4. 不同材料（如铝板、钢板等）四、实验步骤1. 超声波在不同介质中传播速度的测量（1）将超声波探头放置于水中，调节超声波测量仪，记录下超声波在水中传播的时间t1和路径长度L1。

（2）将超声波探头放置于玻璃中，调节超声波测量仪，记录下超声波在玻璃中传播的时间t2和路径长度L2。

（3）将超声波探头放置于金属中，调节超声波测量仪，记录下超声波在金属中传播的时间t3和路径长度L3。

（4）根据上述数据计算出水、玻璃和金属中超声波的传播速度，并进行比较分析。

2. 超声波单程衰减系数的测量（1）将铝板放置于水中，调节超声波测量仪，记录下超声波在铝板中传播的时间t4和路径长度L4。

（2）将钢板放置于水中，调节超声波测量仪，记录下超声波在钢板中传播的时间t5和路径长度L5。

（3）根据上述数据计算出铝板和钢板的超声波单程衰减系数，并进行比较分析。

五、实验结果1. 超声波在不同介质中传播速度的测量结果介质 | 时间t/s | 路径长度L/m | 传播速度v/m·s^-1-|-|-|-水 | 0.0008 | 0.02 | 2500玻璃 | 0.0012 | 0.03 | 2500金属 | 0.0006 | 0.015 | 25002. 超声波单程衰减系数的测量结果材料 | 时间t/s | 路径长度L/m | 衰减系数α/dB·cm^-1-|-|-|-铝板 | 0.0012 | 0.03 | 1.5钢板 | 0.0018 | 0.045|3六、实验分析与结论通过本次实验，我们掌握了超声波测量技术，并了解了超声波在不同介质中传播的特点和规律，以及在材料中传播时的衰减规律。

超声波在水中与空气中的衰减系数及反射系数测量自然界里有各种各样的波，但根据其性质基本上分为两大类：电磁波和机械波。

电磁波是由于电磁力的作用产生的，是电磁场的变化在空间的传播过程，它传播的是电磁能量。

无线电波、可见光和X 线等，都是电磁波。

电磁波可以在真空中和介质中传播。

它在空气中传播的速度是310 km/s 。

机械波是由于机械力（弹性力）的作用，机械振动在连续的弹性介质内的传播过程。

它传播的是机械能量。

我们熟悉的电波、水波和地震波等都是机械波。

机械波只能在介质中传播不能在真空中传播。

速度一般从每秒几百米至几千米，比电磁波速度要低得多。

机械波按其频率可分成各种不同的波。

一、实验目的：测量超声波在空气和水中的衰减系数二、实验原理：超声波在损耗介质中的准驻波效应图1.超声波波束在空气中的传播和反射OX 0X设产生超声波的波源处于坐标系原点O ，入射超声波波束沿坐标系x 轴方向传播，其波动方程为：()0=A exp y i t x ωγ-⎡⎤⎣⎦入（1）反射波的波动方程为：()(){}00=exp 2y RA i t x x ωγ+-反 （2）其中，R 为反射系数，k i γα=-为波的传播系数，α是介质的衰减系数，2k πλ=是波矢。

入射波和反射波在0～0x 区间叠加，其合成波的波动方程为：()(){}()()()(){}0000022000000exp exp 2cos cos 2sin sin 2x x x x i t xx y A i t x RA i t x x e A e kx RA e k x x i A e kx RA e k x x ααωααωγωγ----=-++-⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦⎡⎤⎡⎤=+----⎣⎦⎣⎦（3）合成波各点均作简谐振动，其振幅分布为：()()12002222002Recos 2x x x xA A e R ek x x ααα---⎡⎤=++-⎣⎦（4）如果利用超声波接收器作反射面，则超声波接收器收到的合成波振幅为:()01xA A R e α-=+ (5)因为超声波发生器和接收器是由同一材料制成，所以有：00A UA U =（6） 其中0U 是信号发生器输出电压数值，U 是示波器显示电压数值。