超声波传播速度的测量

超声波在固体中传播速度的测量在固体中传播的声波是很复杂的，它包括纵波、横波、扭转波、弯曲波、表面波等，而且各种声速都与固体棒的形状有关，金属棒一般为各向异性结晶体，沿任何方向可有三种波传播。

【实验目的】1、学会用时差法测定超声波在固体中的传输速度。

2、学会用逐差法处理实验数据。

3、熟悉数字示波器等仪器的使用。

【实验原理】时差法测量原理：在实际工程中，时差法测量声速得到广泛的应用。

时差法测试声速的基本原理是基于速度V=距离S/时间T，通过在已知的距离内计测声波传播的时间；从而计算出声波的传播速度，在一定的距离之间由控制电路定时发出一个声脉冲波，经过一段距离的传播后到达接收换能器。

接收到的信号经放大，滤波后由高精度计时电路求出声波从发出到接收这个在介质传播中经过的时间，从而计算出在某一介质中的传播速度。

只因为不用目测的方法，而由仪器本身来计测，所以其测量精度相对于前面两种方法要高。

同样在液体中传播时，由于只检测首先到达的声波的时间，而与其它回波无关，这样回波的影响比较小，因此测量的结果较为准确，所以工程中往往采用时差法来测量。

连续波经脉冲调制后由发射换能器发射至被测介质中，声波在介质中传播，经过t时间后，到达L距离处的接收换能器。

由运动定律可知，声波在介质中传播的速度可由以下公式求出：速度V=距离L/时间t。

通过测量二换能器发射接收平面之间距离L和时间t ,就可以计算出当前介质下的声波传播速度。

图5-5 发射波与接收波【仪器与器材】SVX-7声速测试仪信号源、SV-DH-7A型测试架、数字示波器、材料样品（有机玻璃棒、铝棒等）【实验内容与步骤】1、时差法测量超声波在固体中传播速度步骤图5-6 时差法测量超声波在固体中传播速度接线图（1）按图5-6接线，将测试方法设置到脉冲波方式将，接收增益调到适当位置（一般为最大位置），以计时器不跳字为好。

（2）将发射换能器发射端面朝上竖立放置于托盘上，在换能器端面和固体棒的端面上涂上适量的耦合剂，再把固体棒放在发射面上，使其紧密接触并对准，然后将接收换能器接收端面放置于固体棒的上端面上并对准，利用接收换能器的自重与固体棒端面接触。

超声波在材料中传播的实验方法与途径超声波是一种机械波，其频率高于人类能听到的范围。

它在许多领域中有着广泛的应用，如医学影像、材料检测和工业无损检测等。

了解超声波在材料中的传播特性对于实际应用至关重要。

本文将介绍一些常用的实验方法和途径，以帮助我们更好地研究和利用超声波在材料中的传播。

一、超声波生成方法1. 压电效应：压电效应是最常用的超声波生成方法之一。

通过在压电材料上施加电压，可以使其产生应力变形，从而激发超声波的产生。

2. 激光光束脉冲法：利用激光光束脉冲的瞬时能量，通过光-声转换过程产生超声波。

该方法具有高灵敏度和高分辨率的优点，在材料中传播时能提供较好的波谱信息。

3. 电磁感应法：通过电磁感应原理，利用电磁场作用于导电材料产生感应电流，从而引发超声波的产生。

二、超声波传播特性的测量方法1. 超声波传播速度的测量：利用超声波在材料中传播的时间和距离，可以计算出其传播速度。

常用的方法有直接测量和经典法。

2. 超声波衰减的测量：衰减是指超声波在传播过程中能量逐渐减弱。

通过测量入射波和透射波的幅度变化，可以得到超声波在材料中的衰减系数。

3. 超声波频率的测量：超声波的频率对其传播特性有着重要的影响。

可以通过频谱分析的方法测量超声波的频率，并进一步分析其传播特性。

三、超声波在材料中传播的途径1. 声传导：声传导是最常见的超声波在材料中传播的途径。

当超声波与材料接触时，会引起材料内部的声传导现象，从而在材料中传播。

2. 共振传播：共振是指当超声波的频率与材料的固有频率相匹配时，会在材料中引发共振现象，从而产生增强的传播效果。

这种传播途径在一些材料中具有重要的应用价值。

3. 能量耗散传播：超声波能量在材料中传播过程中，会与材料内部的缺陷、界面等发生相互作用，从而产生能量耗散传播的现象。

该途径可用于检测材料中的缺陷和损伤。

总结：本文介绍了超声波在材料中传播的实验方法与途径。

超声波的生成方法包括压电效应、激光光束脉冲法和电磁感应法。

超声波速度测量实验一、引言超声波技术在当今的科学研究和工程领域中起着重要作用。

超声波的传播速度对于材料的性质、结构以及实验数据的准确性都具有重要意义。

本文将介绍基于超声波技术进行速度测量的实验原理、方法以及实验步骤。

二、实验原理超声波是指频率高于人类听觉范围的声波，其传播速度取决于介质的密度和弹性模量。

在传统声速测量中，通常采用测量声波在固体或液体介质中的传播时间来计算其速度。

实验中将使用超声波传感器通过发送超声波脉冲并记录其接收信号来测量介质中超声波的传播时间，从而计算得到超声波的速度。

三、实验装置•超声波发射器和接收器•示波器•数字计时器•介质样品四、实验步骤1.将超声波发射器和接收器分别固定在待测介质样品的两端。

2.设置超声波发射器发送脉冲信号，记录示波器上的信号波形并测量其发送时间。

3.等待接收到超声波信号后，记录示波器上的接收信号波形，并测量其接收时间。

4.计算超声波在介质中的传播时间差Δt。

5.根据实验测得的时间数据，利用公式计算出超声波在介质中的传播速度。

五、实验结果与分析实验结果显示，不同介质中超声波的传播速度存在差异，这与介质的密度和弹性模量密切相关。

通过实验数据的分析，可以进一步探讨介质性质与超声波传播速度之间的关系，并验证理论模型的准确性。

六、结论通过本实验，我们成功利用超声波技朶实验测定了介质中超声波的传播速度。

超声波速度测量实验具有重要科学意义和应用价值，可用于材料性质、结构分析以及实验数据处理。

希望本文的介绍能为读者提供有益信息，促进相关领域的研究和实践。

超声波在不同介质中的传播速度及损耗系数测量-声学论文-物理论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——超声波是一种在弹性介质中传播的机械波，由于其具有波长短、传播方向性好等优点，在大学物理的声速测量实验中一般选择超声波段的声波进行测量。

超声波由于其频率高、功率大、穿透能力强、信息携带量大等特点，已广泛应用于工业、农业、生物医学以及科学研究等领域，如超声波测距和定位、超声波无损检测、超声波清洗等。

描述声波的物理量有波长、频率、传播速度、强度等，对这些量的测量是声学技术的重要内容，声速的测量在声波测距、定位和无损检测中有着广泛的应用。

声速测量实验属于大学物理实验中的基础性实验，一般仅开设超声波在空气中传播速度的测量，该部分原理简单，导致实验内容不饱满，因此，根据仪器特点，可将声速测量实验改造为超声波专题设计综合实验，增设一些设计性实验内容。

测量超声波在不同介质中的传播速度;研究同一介质中随发射和接收端距离变化，接收端振幅的变化规律;计算不同介质中超声波的损耗系数等。

对于实验数据的处理要求学生使用Origin、Matlab 等软件辅助完成，在学习物理内容的同时，熟练掌握常用数据处理软件的使用，不断挖掘学生学习的积极主动性，培养学生的创新意识和能力。

1 实验原理超声波传播速度常用的测量方法有共振干涉法、相位法、反射回波法等，本文采用共振干涉法研究不同介质中超声波的传播特性。

共振干涉法又称驻波法，实验装置如图 1 所示，由示波器、声速测量仪和信号发生器组成，S1和S2为压电陶瓷换能器，利用压电效应实现声压和电压之间的相互转换。

在信号发生器产生的交变电压作用下，使发射端S1产生机械振动，将激发的超声波经介质传播到接收端S2，若接收面与发射面平行，声波在接收面处就会被垂直反射，当接收端与发射端距离恰好等于半波长的整数倍时，两波叠加后形成驻波，当信号发生器的激励频率等于压电陶瓷换能器的固有频率时，会产生驻波共振。

研究超声波传播特性的超声波传播速度测量实验引言：超声波是一种频率超过人类可听到范围的声波，它在医学、工程和科学领域有着广泛的应用。

超声波传播速度是研究超声波行为的重要参数，对于理解物质的声学性质、医学超声成像和工程应用都至关重要。

本篇文章将详细介绍研究超声波传播速度的实验准备、方法和应用。

一、实验准备：1. 实验材料：- 超声波发生器：用于产生高频率的超声波。

- 超声波接收器：用于接收并测量超声波传播时间。

- 标定块：具有已知声速的材料，用于校准测量设备。

- 壁挂支架：用于固定超声波发生器和接收器。

2. 实验设备设置：- 将超声波发生器和接收器固定在壁挂支架上，使其相对位置稳定。

- 保持超声波发生器和接收器之间的距离不变。

- 确保实验环境没有干扰源，如其他声音、振动和电磁辐射等。

3. 校准测量设备：- 使用已知声速的标定块进行校准。

通过测量标定块的传播时间，校准超声波接收器。

二、实验过程：1. 实验步骤：- 打开超声波发生器，并调节频率和振幅，以产生所需超声波。

- 同时，启动计时器。

- 发出的超声波由发生器发出，然后经过介质传播到接收器。

- 接收器接收到超声波后，回传信号给计时器停止计时。

- 记录传播时间。

2. 测量多次：- 为了提高实验结果的准确性，可以进行多次测量，并计算平均传播时间。

三、实验应用：1. 物质的声学性质研究：- 通过测量超声波传播速度，可以了解物质的密度、弹性模量和介电常数等声学性质。

- 这对于材料工程、地质学和声学研究非常重要，以便选择适合的材料和分析物质性质。

2. 医学超声成像：- 医学超声成像是一种常见的诊断方法，通过测量超声波在人体组织中的传播速度，可以生成图像。

- 通过超声波成像，医生可以检测并诊断多种疾病，如肿瘤、妊娠和心脏病等。

3. 工程应用：- 超声波在工程领域有着广泛的应用，如材料无损检测、流体流速测量和材料质量控制等。

- 通过测量超声波传播速度，可以评估材料的质量、检测缺陷和确定流体流速等参数。

用声速测量仪测定超声波在空气中的传播速度超声波测声速实验报告用声速测量仪测定超声波在空气中的传播速度【目的要求】1. 进一步熟悉信号发生器和示波器的使用；2. 了解超声波产生和接收的原理，加深对相位概念的理解；3. 用相位法和共振法测定超声波在空气中的传播速度。

【引言】声音是由于声源的振动而产生的，它通过周围弹性媒质的振动向外传播而形成声波(纵波)。

声波的波长、强度、传播速度等是声波的重要性质，其中声速的测量在实际应用中有着十分重要的意义。

声速可以利用它与频率和波长之间的关系( )来测量，其中波长的测量是解决问题的关键。

既然声音是以波的形式传播，就有可能利用驻波法测定其波长，进而确定其波速。

其中共鸣管就是测定声音在空气中传播速度的一种装置。

频率在之间的声波称为超声波，它具有波长短、能定向传播等优点。

超声波在测距、定位、测液体流速、测材料弹性模量以及测量气体温度瞬间变化等方面有着广泛的应用。

本实验还将利用声速测量仪测定超声波在空气中的传播速度，通过本实验可以进一步了解声波在空气中传播速度与气体状态参量的关系以及超声波产生和接收的原理，加深对相位概念的理解等。

【实验原理】声波的传播速度v与声波频率f和波长的关系为：(11.1) 可见，只要测出声波的频率和波长，即可求出声速。

f可由声源的振动频率得到，因此，实验的关键就是如何测定声波波长。

根据超声波的特点，实验中可以采用几种不同的方法测出超声波的波长：１．相位法：波是振动状态的传播，也可以说相位的传播。

沿传播方向上的任何两点，如果其振动状态相同(同相)或者说其相位差为的整数倍，这时两点间的距离应等于波长的整数倍，即：(11.2)利用式(11.2) 可精确地测量波长。

由于发射器发出的是近似于平面波的声波(图11-5),当接收器端面垂直于波的传播方向时，其端面上各点都具有相同的相位。

沿传播方向移动接收器时，总可以找到一个位置使得接收到的信号与发射器激励信号同相。

大学物理实验超声波声速的测量(含数据)
一、实验目的
1、测量水中超声波的传播速度；
二、实验器材
2、水槽；
3、测量卡尺。

三、实验原理
超声波声速可以通过测量超声波在介质中传播的时间和距离来确定。

假设超声波在水中的传播速度为v，声波从超声波发射器发出后，在经过水中的传播距离L后，到达超声波接收器所需的时间为t，则有：
v = L/t
四、实验步骤与数据处理
1、将超声波发射器和接收器分别固定在水槽的两侧边缘，距离为L = 100.0 cm。

2、开始实验前，先开启超声波声速测量仪，待其进入正常工作状态后再进行后续步骤。

3、将水箱中的水注满，保证水面平整，不产生涟漪。

4、在超声波声速测量仪屏幕上调节并观察渐进式扫描波形直到找到超声波信号。

然后在屏幕上调节幅度使其在2/3波形范围内。

这个范围内的任何波形变化都可能导致声波时间测量误差。

5、在超声波声速测量仪屏幕上记录观察到的第一个波峰（应为正弦波的正向部分）的位置，这标志着声波的发射时刻。

7、重复实验三次，并将每组实验数据记录在下表中。

实验次数时间t（ms）
1 0.270
2 0.267
3 0.269
8、计算各次实验的平均时间t和超声波速度v：
t = (0.270 ms + 0.267 ms + 0.269 ms) / 3 = 0.269 ms
五、实验结论
本实验测量得到的水中超声波的传播速度为3.72 km/s。

实验结果和实际值（约为1.5 km/s）存在较大的偏差，可能是由于实验误差和水中的水质、温度等因素的影响。

液体中超声波声速的测定人耳能听到的声波，其频率在16Hz 到20kHz 范围内。

超过20Hz 的机械波称为超声波。

光通过受超声波扰动的介质时会发生衍射现象，这种现象称为声光效应。

利用声光效应测量超声波在液体中传播速度是声光学领域具有代表性的实验。

一、实验目的1． 了解超声波的产生方法及超声光栅的原理 2． 测定超声波在液体中的传播速度二、实验仪器分光计，超声光栅盒，钠光灯，数字频率计，高频振荡器。

三、实验原理将某些材料（如石英、铌酸锂或锆钛酸铅陶瓷等）的晶体沿一定方向切割成晶片，在其表面上加以交流电压，在交变电场作用下，晶片会产生与外加电压频率相同的机械振动，这种特性称为晶体的反压电效应。

把具有反压电效应的晶片置于液体介质中，当晶片上加的交变电压频率等于晶片的固有频率时，晶片的振动会向周围介质传播出去，就得到了最强的超声波。

超声波在液体介质中以纵波的形式传播，其声压使液体分子呈现疏密相同的周期性分布，形成所谓疏密波， 如图1a)所示。

由于折射率与密度有关，因此液体的折射率也呈周性变化。

若用N 0表示介质的平均折射率，t 时刻折射率的空间分布为()()y K t N N t y N s s -∆+=ωcos ,0式中ΔN是折射率的变化幅度；ωs是超声波的波角频率；K s是超声波的波数，它与超声波波长λs的关系为K s=2π/λs。

图1b是某一时刻折射率的分布，这种分布状态将随时以超声波的速度v s向前推进。

图1 密度和折射率呈周期分布如果在超声波前进的方向上垂直放置一表面光滑的金属反射器，那么，到达反射器表面的超声波将被反射而沿反向传播。

适当调节反射器与波源之间的距离则可获得一共振驻波（纵驻波）。

设前进波与反射波分别沿y 轴正方向传播，它们的表达式为()y K t A s s -=ωξcos 1()y K t A s s +=ωξcos 2其合成波为()()y K t A y K t A s s s s +=+-=+=ωξωξξξcos cos 121利用三角关系可以求出t y K A s s ωξcos cos 2=此式就是驻波的表达式。

测量超声波在空气中的传播速度【实验简介】声波是一种在弹性介质中传播的机械波，它能在气体、液体和固体中传播，但在各种介质中的传播速度是不同的。

声波的振动频率在20Hz～20KHz时，可以被人听见；频率低于20Hz的声波称为次声波；频率高于20KHz的声波称为超声波。

对于声波特性（如频率、波长、波速、相位等）的测量是声学技术的重要内容。

声速的测量在声波定位、探伤、测距中有广泛的应有。

本实验分别采用驻波法和相位法测量超声波在空气中的传播速度。

【实验目的】1. 学会使用驻波法和相位法测定超声波在空气中的传播速度。

2. 深刻理解驻波的特性，以及相位的物理含义。

3. 了解产生和接收超声波的原理。

【预习思考题】1. 什么是驻波以及驻波的特点是什么？2. 什么是共振？如何判断测量系统是否处于共振状态？3. 如何确定最佳工作频率？4.相位法中比较的相位是哪两个相位？【实验仪器】示波器，声速测试仪，信号发生器。

【实验原理】1. 声速的测量声波在空气中是以纵波传播的，其传播速度v和声源的振动频率f以及波长λ有如下关系：测出声波波长和声源的振动频率就可以由式（4.2.1）求出声波的传播速度。

声波波长的测量通常用驻波法和相位法来测量。

1.1 驻波法测声速驻波法就是利用入射波和反射波在一定条件下干涉形成驻波进行测量的。

由波动理论可知：声源产生的声波信号经媒质垂直入射到某一刚性反射面上，就会被反射回来，形成反射波，在声源和反射界面之间，入射波和反射波发生干涉形成驻波。

改变声源和刚性反射面之间的距离l ，驻波场中各质点振动的振幅也在发生变化，当声源到刚性反射面之间的距离满足 2λn l = （4.2.2）时，各质点振动的振幅最大，这时在声源和刚性反射面之间各质点处于驻波共振状态。

保持声源位置不变，沿波的传播方向上，改变刚性反射面的位置x ，在满足式（4.2.2）的位置上可以观察到驻波共振状态。

由式（4.2.2）可知：相邻两次出现驻波共振状态对应的刚性反射面移动的距离x ∆为2λ，即 2λ=∆x ( 4.2.3)只要测出相邻两次出现驻波共振状态对应刚性反射面之间的距离x ∆，就可以求出声波的波长，从而由式( 4.2.1 )计算出声速。