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实验50 声速测量116041B 袁朝华摘要：干涉法与相位法来测声速，期间要用到示波器，信号发生器等仪器来进行测量。

发射器——ejector 平面波——plane wave共振——resonance 信号发生器——signal-generator声速——acoustic velocity 相位差——phase difference干涉法——interferometry 示波器——oscilloscope相位法——phase methode 接收器——receptor【实验原理】由于超声波具有波长短，易于定向发射、易被反射等优点。

在超声波段进行声速测量的优点还在于超声波的波长短，可以在短距离较精确的测出声速。

超声波的发射和接收一般通过电磁振动与机械振动的相互转换来实现，最常见的方法是利用压电效应和磁致伸缩效应来实现的。

本实验采用的是压电陶瓷制成的换能器(探头)，这种压电陶瓷可以在机械振动与交流电压之间双向换能。

声波的传播速度与其频率和波长的关系为：v fλ=⋅(1) 由(1)式可知，测得声波的频率和波长，就可以得到声速。

同样，传播速度亦可用/v L t= (2) 表示，若测得声波传播所经过的距离L和传播时间t，也可获得声速。

共振干涉法实验装置如图1所示，图中和为压电晶体换能器，作为声波源，它被低频信号发生器输出的交流电信号激励后，由于逆压电效应发生受迫振动，并向空气中定向发出以近似的平面声波；为超声波接收器，声波传至它的接收面上时，再被反射。

当和的表面近似平行时，声波就在两个平面间来回反射，当两个平面间距L为半波长的整倍数，发出的声波与其反射声波的相位在处差(n=1，2 ……)，因此形成共振。

因为接收器的表面振动位移可以忽略，所以对位移来说是波节，对声压来说是波腹。

本实验测量的是声压，所以当形成共振时，接收器的输出会出现明显增大。

从示波器上观察到的电信号幅值也是极大值(参见图2)。

图中各极大之间的距离均为，由于散射和其他损耗，各级大致幅值随距离增大而逐渐减小。

声速的测定实验报告 1、实验目的（1）学会用驻波法和相位法测量声波在空气中传播速度。

（2）进一步掌握示波器、低频信号发生器的使用方法。

（3）学会用逐差法处理数据。

2、实验仪器超声声速测定仪、低频信号发生器DF1027B 、示波器ST16B 。

3、实验原理3．1 实验原理声速V 、频率f 和波长λ之间的关系式为λf V =。

如果能用实验方法测量声波的频率f 和波长λ，即可求得声速V 。

常用的测量声速的方法有以下两种。

3．2 实验方法3．2．1 驻波共振法（简称驻波法）S 1发出的超声波和S 2反射的超声波在它们之间的区域内相干涉而形成驻波。

当波源的频率和驻波系统的固有频率相等时，此驻波的振幅才达到最大值，此时的频率为共振频率。

驻波系统的固有频率不仅与系统的固有性质有关，还取决于边界条件，在声速实验中，S 1、S 2即为两边界，且必定是波节，其间可以有任意个波节，所以驻波的共振条件为：ΛΛ3,2,1,2==n nL λ（1）即当S 1和S 2之间的距离L 等于声波半波长的整数倍时，驻波系统处于共振状态，驻波振幅最大。

在示波器上得到的信号幅度最大。

当L 不满足（1）式时，驻波系统偏离共振状态，驻波振幅随之减小。

移动S 2，可以连续地改变L 的大小。

由式（1）可知，任意两个相邻共振状态之间，即S 2所移过的距离为：()22211λλλ=⋅-+=-=∆+n n L L L n n （2）可见，示波器上信号幅度每一次周期性变化，相当于L 改变了2λ。

此距离2λ可由超声声速测定仪上的游标卡尺测得，频率可由低频信号发生器上的频率计读得，根据f V ⋅=λ，就可求出声速。

3．2．2 两个相互垂直谐振动的合成法（简称相位法）在示波器荧光屏上就出现两个相互垂直的同频率的谐振动的合成图形——称为李沙如图形。

其轨迹方程为：()()φφφφ122122122122-=--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛Sin Cos A A XY A Y A X （5）在一般情况下，此李沙如图形为椭圆。

实验十二 声速测量 编辑：李家望 赵斌摘 要 本实验通过压电换能器将声波转换为电信号，从而利用示波器测量了空气中的声速。

相对不确定度为1.9%和1.3%。

关键词 压电换能器，声波，电信号，示波器，声速 实验目的1． 利用共振干涉法和位相比较法测量超声波在空气中的传播速度。

2． 加强对驻波及振动合成等理论的理解。

实验原理1．声波在空气中传播速度：理想气体μγRT v =V P C C /=γ为比热容比，μ是气体的摩尔质量。

在室温时，声速的近似理论公式为：15.273145.331100t T t v v +≈+= （m/s ）2．压电换能器工作原理压电换能器是一种多晶结构的压电陶瓷材料，被极化的压电陶瓷具有压-电效应。

超声波的产生是利用压电陶瓷的逆压电效应使电压变化转变为声压变化，超声波的接收则是利用压电陶瓷的正压电效应使声压变化转变为电压变化。

3．共振干涉法（驻波法）测声速实验装置如图一所示。

图中S 1、S 2为压电陶瓷喇叭，S 1接函数信号发生器，作为超声波源； S 2为接收器，接二踪示波器，且能在接收声波的同时反射部分声波。

这样，S 1发出的超声波和S 2反射的超声波在它们之间的区域内因同频率，同振动方向，传播方向相反相干涉而形成驻波。

移动S 2即改变L ，当S 2将经过波腹时，声波信号最强，在示波器上得到的信号振幅最大；当S 2将经过波节时，在示波器上得到的信号振幅最小（因反射声波（会衰减）振幅小于入射声波振幅，合成后波节振幅不为零）。

S 2将经过一系列波腹，波节的位置，示波器上的信号幅度会周期性变化，任意两个相邻波腹（节）的距离，通过S 2的移动的距离由游标卡尺可测得：必满足 ΔL = L n +1- L n =λ/2又声波频率f 由函数信号发生器上读得，可得声速： v =λ f =2ΔL f 4．位相比较法（行波法）测声速实验装置如图二所示。

将函数信号发生器的交变信号输入S 1的同时输入示波器的X 轴（CH1通道），将S 2输出的信号接入示波器的Y 轴（CH2通道），则示波器上就会出现李萨如图形。

实 验 报 告声速的测量【实验目的】1.学会用共振干涉法、相位比较法以及时差法测量介质中的声速2.学会用逐差法进行数据处理；3.了解声速与介质参数的关系。

【实验原理】由于超声波具有波长短，易于定向发射、易被反射等优点。

在超声波段进行 声速测量的优点还在于超声波的波长短，可以在短距离较精确的测出声速。

超声波的发射和接收一般通过电磁振动与机械振动的相互转换来实现，最常 见的方法是利用压电效应和磁致伸缩效应来实现的。

本实验采用的是压电陶瓷制 成的换能器(探头)，这种压电陶瓷可以在机械振动与交流电压之间双向换能。

声波的传播速度与其频率和波长的关系为：v f λ=⋅ (1) 由(1)式可知，测得声波的频率和波长，就可以得到声速。

同样，传播速度亦可用 /v L t = (2) 表 示，若测得声波传播所经过的距离L 和传播时间t ，也可获得声速。

1. 共振干涉法实验装置如图1所示，图中和为压电晶体换能器，作为声波源，它被低频信号发生器输出的交流电信号激励后，由于逆压电效应发生受迫振动，并向空气中定向发出以近似的平面声波；为超声波接收器，声波传至它的接收面上时，再被反射。

当和的表面近似平行时，声波就在两个平面间来回反射，当两个平面间距L为半波长的整倍数，即(3)时，发出的声波与其反射声波的相位在处差(n=1，2 ……)，因此形成共振。

因为接收器的表面振动位移可以忽略，所以对位移来说是波节，对声压来说是波腹。

本实验测量的是声压，所以当形成共振时，接收器的输出会出现明显增大。

从示波器上观察到的电信号幅值也是极大值(参见图2)。

图中各极大之间的距离均为，由于散射和其他损耗，各级大致幅值随距离增大而逐渐减小。

我们只要测出各极大值对应的接收器的位置，就可测出波长。

由信号源读出超声波的频率值后，即可由公式(1)求得声速。

2.相位比较法波是振动状态的传播，也可以说是位相的传播。

沿波传播方向的任何两点同相位时，这两点间的距离就是波长的整数倍。

4.8 声速测量声波是一种在弹性媒质中传播的纵波，声速是描述声波在媒质中传播特性的一个基本物理量。

声速的测量方法可分为两大类：1.直接法(脉冲法)，利用关系式t S /=υ，测出传播距离S 和所需时间t 后，即可算出声速υ；2.间接法(波长-频率法)，利用关系式λυf =，测出其频率f 和波长λ来计算声速υ。

本实验采用的共振干涉法和相位比较法属于后一类。

超声波的频率范围为2×104～108Hz ，由于波长短，易于定向发射，在超声波段进行声速测量比较方便。

实际应用中超声波传播速度对于超声波测距、定位、测液体流速、比重、溶液的浓度、测材料弹性模量、测量气体温度变化等都有重要意义。

【实验目的】1.掌握用不同方法测定声速的原理和技术。

2.进一步熟悉示波器和信号源的使用方法。

3.了解发射和接收超声波的原理和方法。

4.加深对纵波波动和驻波特性的理解【实验原理】一、超声波的产生与接收超声波的产生与接收可以由两只结构完全相同的超声压电陶瓷换能器分别完成。

压电陶瓷换能器可以实现声压和电压之间的转换，它主要由压电陶瓷环片、轻金属铝（做成喇叭形状，增加辐射面积）和重金属（如铁）组成。

超声波的产生是利用压电陶瓷的逆压电效应，在交变电压作用下，压电陶瓷纵向长度周期性地伸、缩，产生机械振动而在空气中激发出超声波。

超声波的接收是利用压电陶瓷的正压电效应使声压变化转变为电压的变化。

压电换能器系统有其固有的谐振频率0f ，当输入电讯号的频率接进谐振频率时，压电换能器产生机械谐振，等于谐振频率时，它的振幅最大，作为波源其辐射功率就最大；当外加强迫力以谐振频率迫使压电换能器产生机械谐振时，它作为接收器转换的电讯号最强，即灵敏度最高。

本实验中，压电换能器的谐振频率在35k ～39kHz 范围内，相应的超声波波长约为1cm 。

由于波长短，而发射器端面直径比波长大得多，因而定向发射性能好，离发射器端面稍远处的声波可以近似认为是平面波。

实验名称:声速的测量实验目的:了解超声波的产生、发射和接收的方法，用干涉法（驻波法）和相位法测量声速。

实验原理：（一）为什么选择超声波进行测量。

在弹性介质中，频率从20Hz 到20kHz 的振动所激起的机械波称为声波，高于20kHz ，称为超声波，超声波的频率范围在2×104Hz-5×108Hz 之间。

超声波的传播速度，就是声波的传播速度。

超声波具有波长短，易于定向发射等优点，在超声波段进行声速测量比较方便。

本实验用压电陶瓷超声换能器来测定超声波在空气中的传播速度，它是非电量电测方法的一个例子。

实验装置由波动理论可知，波速与波长、频率有如下关系：v = f λ，只要知道频率和波长就可以求出波速。

本实验通过低频信号发生器控制换能器，信号发生器的输出频率就是声波频率。

声波的波长用驻波法（共振干涉法）和行波法（相位比较法）测量。

下图是超声波测声速实验装置图。

驻波法测波长由声源发出的平面波经前方的平面反射后，入射波与发射波叠加，它们波动方程分别是：⎪⎭⎫ ⎝⎛-=λπx ft A y 2cos 1⎪⎭⎫ ⎝⎛+=λπx ft Acod y 22叠加后合成波为：()()y = 2Acos 2X/cos 2ft πλπ当X =n /2 λ±时y = 2Acos2X / =1πλ±称为波腹 当()X =2n+1/4 λ±时()cos 2X/0πλ=，称为波节因此只要测得相邻两波腹（或波节）的位置Xn 、Xn-1即可得波长。

相位法测波长从换能器S 1发出的超声波到达接收器S 2，所以在同一时刻S 1与S 2处的波有一相位差：ϕ = 2πx/λ其中λ是波长，x 为S 1和S 2之间距离。

因为x 改变一个波长时，相位差就改变2π。

利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。

实验记录实验仪器及规格YB1638 0.3KHz~3MHz 函数信号发生器 游标 量程 30cm 精度0.02mm实验温度前 22.5℃ 实验后温度22.8℃谐振频率 34.65KHz实验步骤1检查仪器2调节超声发生器，使发射平面与游标垂直 3调节超声接收器，使接收面与发射面平行4连接函数发生器与超声发射器，连接超声接收器与示波器5调节函数发生器的频率，使示波器上的简谐波产生最大振幅，即发生谐振。

示波器的原理和使用、声速测量实验报告.doc 示波器原理和使用示波器又称示波仪，是一种用于观察和测量电信号波形的仪器。

它可以通过探针将待测电信号输入示波器，然后在示波器屏幕上显示出该电信号的波形图。

示波器的工作原理是利用显像管来显示被测电压波形。

当待测电压信号被输入后，示波器中的电子束会受到电信号的控制而在显像管屏幕上形成一条波形曲线，从而达到观察和测量电信号的目的。

示波器的使用方法如下：1.将待测电信号输入示波器。

2.调节示波器的水平和垂直放大系数，以便能够清晰地观察到波形。

3.根据需要调整示波器的触发模式，使波形图显示正常。

4.观察和分析波形，进行相应的测量和分析。

声速测量实验报告一、实验目的1.了解并掌握测量声速的原理和方法。

2.掌握测量仪器的使用方法。

3.了解如何利用实验和数据处理方法准确地测量声速。

二、实验器材1.示波器2.声源3.接收器4.测量仪器5.计算机三、实验步骤1.将声源和接收器分别放置于固定距离的两个位置，并打开实验仪器测量声波传播的时间差。

2.将测量得到的时间差带入公式中，计算出声速的实际值。

3.将实验数据输入计算机进行处理和分析。

四、实验结果与误差分析1.经过多次实验和计算，得到的声速实际值为345m/s，与标准值相差不大，误差范围在正负3%以内。

2.实验过程中受到的误差主要来自于仪器误差和实验操作误差。

在实际测量中需要尽可能减小这些误差。

五、结论本次实验采用了简单的测量方法和仪器，准确地测量了声速的实际值。

实验结果与标准值相差不大，证明了实验方法的有效性和可靠性。

六、参考文献无。

声速的测量实验目的：1、了解超声波的发射和接收方法；2、加深对振动合成、波动干涉等理论知识的理解；3、掌握用驻波法和相位法测声速。

实验原理：(见预习报告)实验仪器：低频信号发生器、示波器、超声声速测定仪、频率计等。

实验内容：1、调整仪器使系统处于最佳工作状态（1）旋松发射换能器S1固定环上的固紧螺丝，使S1的端面与卡尺游标滑动方向垂直后再旋紧，将S2移近S1，旋松S2的固紧螺丝，调S2，使其端面平行S1的端面在旋紧，两端面严格平行。

（2）调整低频信号发生器输出谐振频率ν连好仪器后，调整低频信号发生器输出的正弦幅度，同时调整接收端的示波器，使示波器屏幕上有适当的讯号幅度，然后移动游标卡尺寻找讯号幅度最强的位置，找到后，调节信号风生水起的输出频率，使示波器上地讯号幅度最大，再用微调旋钮微调输出频率，是示波器上有更大的讯号幅度，此时信号发生器输出的频率值即为本系统地谐振频率ν。

为了精确，可以重复几次。

2、驻波法（共振干涉法）测波长和波速（1）根据原理图连接好仪器，示波器上接通道1，测量前移动游标，将S2从一端缓慢移向另一端，并来回几次，观察示波器上的讯号幅度的变化，了解波的干涉现象。

（2）测量，S1与S2之间的距离从近到远，选择一个示波器上的讯号幅度最大处（驻波的波腹）为起点（游标的读数为5cm左右即可）,记下S2的位置，缓慢移动S2，依次记下每次讯号幅度最多时S2的位置（驻波的波腹）x 1,x 2,…,x 12，共12个值，见原始数据。

（3）实验中要记下实验室的温度t （取实验开始时的室温与实验结束时的室温的平均值），见原始数据,我记了结束时的温度，由于温度基本没有变化，所以对结果的影响不会很大，可以忽略。

3、相位比较法测波长（1）在上面实验仪器的基础上，再在信号发生器输出接线柱上再增加一根导线，接到示波器的X 输入，将示波器X 扫描旋钮旋至“外接”，将通道1关闭，通道2打开。

(2)调节示波器使屏上出现李萨如图，缓慢的增加S 1与S 2之间的距离（即改变两输入波的相位差）。

声速的测量1. 实验目的（1）了解声速测量仪的结构和测试原理；（2）通过实验了解作为传感器的压电陶瓷的功能；（3)用共振干涉法和相位比较法测量声速，并加深有关共振、振动合成、波的干涉等理论知识的理解；（4）进一步掌握示波器、低频信号发生器和数字频率计的使用。

2。

实验仪器SV—DH系列声速测试仪，SVX-5型声速测试仪信号源,双踪示波器（20MHz)。

3。

仪器简介（1）声波频率介于20Hz~20kHz的机械波振动在弹性介质中的传播就形成声波，介于20kHz～500MHz的称为超声波，超声波的传播速度就是声波的传播速度，而超声波具有波长短,易于定向发射和会聚等优点，声速实验所采用的声波频率一般都在20KHz～60kHz之间.在此频率范围内,采用压电陶瓷换能器作为声波的发射器、接收器、效果最佳。

(2) 压电陶瓷换能器SV—DH系列声速测试仪主要由压电陶瓷换能器和读数标尺组成。

压电陶瓷换能器是由压电陶瓷片和轻重两种金属组成。

压电陶瓷片是由一种多晶结构的压电材料（如石英、锆钛酸铅陶瓷等），在一定温度下经极化处理制成的。

它具有压电效应，即受到与极化方向一致的应力T时，在极化方向上产生一定的电场强度E且具有线性关系：E=CT；当与极化方向一致的外加电压U加在压电材料上时,材料的伸缩形变S与U之间有简单的线性关系：S=KU，C为比例系数，K为压电常数，与材料的性质有关。

由于E与T,S与U之间有简单的线性关系，.即压电,即用压电陶瓷(信实验装置接线如图2所示，置示波器功能于X －Y 方式。

当S1发出的平面超声波通过媒质到达接收器S2，在发射波和接收波之间产生相位差：VLL πνλπϕϕϕ2221==-=∆ （1)因此可以通过测量ϕ∆来求得声速。

ϕ∆的测定可用相互垂直振动合成的李萨如图形来进行。

设输入X 轴的入射波振动方程为)cos(11ϕω+=t A x （2）输入Y 轴的是由S2接收到的波动，其振动方程为:)cos(22ϕω+=t A y (3）图2 实验装置上两式中：A 1和A 2分别为X 、Y 方向振动的振幅，ω为角频率，1ϕ和2ϕ分别为X 、Y 方向振动的初相位，则合成振动方程为)(sin )cos(21221221222212ϕϕϕϕ-=--+A A xyA y A x （4） 此方程轨迹为椭圆，椭圆长、短轴和方位由相位差21x A A y 12=迹为处于第一和第三象限的一条直线,显然直线的斜率为12A A 。