声速的测量

声速的测量（超声）一、实验目的：①用共振干涉法求超声声速；②用相位比较法求超声声速。

二、实验仪器：超声声速测量仪、信号发生器、数字频率计、同轴电缆、示波器、游标卡尺、压电陶瓷超声换能器。

三、实验原理：①声速的测量：利用公式νλ,测量声波的频率ν和波长λ去求声速v。

②声压驻波：已知两列频率、振幅和振动方向相同的平面简谐波，向相反的方向传播时，叠加的合成波就是驻波，在驻波场中质点振幅最大处为波腹，质点位移振幅近似为零处为波节，相邻波腹或波长的距离为半波长（λ/2）。

③声波波长的测量：接收器S2输出的信息有两部分：1、驻波的信息，其振幅随S2的移动而变化，在共振时，S1、S2的距离为l：，，，此时振幅较大。

2、类似行波的信息，S1、S2用的相位差，也随着S2的移动而变化，每移动λ/2，相位差改变Π（即180°）。

利用这两种信息均可测量声波波长λ。

（1）共振干涉法；（2）相位比较法。

四、实验方法：①用共振干涉法测声速：示波器的X端用内部扫描，调内部扫描与S2的信息同步，示波器上显示的是S2的交流信号按时间展开的图形，移动S2示波器上图形有时很大，有时很小。

在S2移动范围内，仔细测多个出现极大值时S2的位置l1、l2、……、l n，用逐差法求出λ，再求声速v。

②用相位比较法测声速：示波器的X端用内部扫描，调内部扫描与S2的信息同步，移动S2示波器上的图形会从椭圆变换到一条直线，再从直线变换到一个反方向的椭圆，往复变换。

在S2移动范围内，仔细测多个出现直线时S2的位置l1、l2、……、l n，用逐差法求出λ，再求声速v。

③记录实验室的实温t。

④用当前实温和公式求出声速，与以上两种方法求出的声速进行比较，分析。

五、数据处理：温度：34℃频率：37500Hz共振干涉法（单位：mm）：218.98 213.58 209.20 204.56 199.62 194.92 190.64 185.72 180.62176.52相位比较法（单位：mm）：174.60 169.60 164.80 160.68 155.90 151.22 146.28 141.58 136.68131.70共振干涉法：λ相位比较法：λ六、小结（误差分析）：通过共振干涉法算出的超声声速为350.560 m/s，通过相位比较法算出的超声声速为354.360 m/s，通过公式求出的应得声速为351.474 m/s。

接受器表面声压随距离的变化
►图中各极大值之间的距离均为 ，由于散射和其 他损耗，各极大值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 S2的位置， 就可测出波长．由信号源读出超声波的频率值后 ，即可由公式求得声速．
（2）相位比较法
► 从S1发出的正弦波与S2收到的正弦波之间的
相位差为
声速的测量方法可分为两大类： 第一类方法是根据关系式 V=S/t ，测出传播 距离S和所需的时间t后即可算出声速； 第二类方法是利用关系式 ，从测量频 率f 和波长 来算出声速v。 本实验采用第二类方法。 由于超声波具有波长短、能定向传播等特点， 所以在超声波段进行声速测量是比较方便的。 本实验就是测量超声波在空气中的传播速度。
► 当输出的正弦交流电信号频率与压电陶瓷超声换能
器的固有频率相同时，发射换能器S1处于谐振状态， 此时，发射的超声波能量最大；当外力的频率等于 谐振频率时，定义声压 P 为有声波传播时媒质中的压强与无声波 传播时媒质中静压强之差。波腹处声压为零，波节 处声压最大。声压和位移的相位差为 。 ► 因为接收器S2 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，所以当形成驻波时，接收器的输出会出现 明显增大。从示波器上观察到的电压信号幅值也是 极大值。
声速测定
► 声波是一种在弹性媒质中传播的机械波，它
是纵波，其振动方向与传播方向相一致。 ► 频率低于20Hz的声波称为次声波； ► 频率在20Hz-20kHz的声波可以被人听到，称 为可闻声波； ► 频率在20kHz以上的声波称为超声波。
测量声速的意义
声速是描述声波在媒质中传播特性的基本 量，与媒质的特性及状态等因素有关。通过 媒质中声速的测量，可以了解被测媒质的特 性或状态变化。因而，声速测量有非常广泛 的应用，如无损检测、测距和定位、测气体 温度的瞬间变化、测液体的流速、测材料的 弹性模量等。

声速测量（超声）【实验目的】1. 学习在超声中用振幅极值法则测量声速的方法;2.掌握相关仪器（示波器、信号发生器、频率计等）的使用知识【实验仪器】示波器、低频信号发生器（附数字频率计）、SW—1型号声速测量仪、同轴电缆。

图1 实验仪器实物图【实验原理】图2 声速测量实验原理图声速是一描述声媒介中转播快慢的一个物理量，那么声音既然是波，就有固定的频率和波长。

声速可以利用关系式λνv测得。

声波频率ν可用频率计直接测量，声波波长λ的测=量则采用振幅极值法去测量。

其原理为，由发射器（声源）发射出一定频率的平面声波，经空气传播到相距一定距离的接收器，如果发射面与接受面垂直，这样在发射面与接受面之间形成入射波与反射波的多次叠加，当发射面与接收面之间的距离L为λ/2 的整数倍时，空气中形成稳定的驻波共振现象，此时驻波振幅达到列极大，同时接收面上声压波腹也相应达到极大值。

因此，在保持声源的频率ν不变的情况下，改变发射器与接受器之间的距离L，则在一系列特定距离位置上，出现接受器处声压振幅为极大值的位置L1、L2、L3、。

而相邻两次极大值的间距离应满足下式：21λ=-+n n L L （1）则)(21n n L L v -==+νλν （2）注：该实验还可用相位比较法测量声波波长，由波动原理可知，若发射面与接受面距离为L ，则发射处的波与接收处的波的相位差为：λπϕL2=∆ (3)当形成稳定驻波时2λ⨯=n L则：πϕn =∆ （4）实验时通过改变L ，用利萨如图形理论，观察ϕ∆的变化，当相位改变一个π时，相应L 改变半个波长2λ，由此可求出波长λ。

【实验内容与步骤】 1. 调制测试系统按图2连接电路，将两换能器的距离调整到大约 5 cm 左右，然后调节谐振频率（20~10KHz ，因换能器而异），直到示波器上的电压信号达到最大值。

2. 用振幅极值法测量声波波长λ调节示波器，直到荧光屏上显示稳定的波形，然后连续调节接收器A2到发射器A1的距离。

超声声速的测量超声声速的测量方法超声声速是指声波在介质中传播的速度。

它是物理学中的一个重要概念，可以用于诸多领域的研究和应用，例如材料科学、地质学、医学等。

本文将介绍超声声速的测量方法。

超声声速的测量可以通过多种方法实现。

其中最常用的方法是利用超声波在介质中传播的速度和距离之间的关系来确定声速。

以下将介绍几种常见的测量方法。

1. 超声贴片法超声贴片法是一种简单而有效的测量超声声速的方法。

它的原理是利用超声波在介质中传播的时间来计算声速。

具体步骤如下：首先，在被测介质的表面上粘贴一个超声贴片。

然后，通过超声波发射器发射出一个短脉冲的声波。

当声波到达贴片后，会被贴片吸收并产生一个信号。

利用超声信号的传播时间和贴片距离之间的关系，可以计算出超声波在介质中传播的速度。

2. 超声探头法超声探头法是一种常用的测量超声声速的方法之一。

它的原理是通过超声探头接收并测量超声波在介质中传播的时间来计算声速。

具体步骤如下：首先，将超声探头置于被测介质中。

然后，通过超声波发射器向介质中发射一个短脉冲的声波。

超声波在介质中传播一段时间后，会被超声探头接收到。

利用超声信号的传播时间和已知的探头距离，可以计算出超声波在介质中的传播速度。

3. 超声衍射法超声衍射法是一种基于声波衍射现象的测量超声声速的方法。

它的原理是通过测量超声波在介质中的衍射角度来计算声速。

具体步骤如下：首先，将超声波垂直地照射到被测介质上的一个缝隙或孔洞处。

在介质内，超声波遇到缝隙或孔洞会发生衍射现象。

测量衍射角度，再利用声学原理中的衍射公式，可以计算出超声波在介质中的传播速度。

需要注意的是，在进行超声声速的测量时，应该选择合适的设备和方法，严格按照操作规程进行操作。

另外，还要考虑到介质的性质和特点，以保证测量结果的准确性。

总结起来，超声声速的测量方法主要包括超声贴片法、超声探头法和超声衍射法。

这些方法既简单又有效，能够在不同领域中广泛应用。

通过准确测量超声声速，我们可以深入了解介质的特性，并且为相关领域的研究和应用提供科学依据。