1、超聲聲速測定聲波特性得測量 , 如頻率、波長、聲速、聲壓衰減、相位等 , 就是聲波檢測技術(shù)中得重要內(nèi)容。 特別就是聲速得測量， 不僅可以了解媒質(zhì)得特性而且還可以了解媒質(zhì)得狀態(tài)變化，在聲波定位、探傷、測距等應(yīng)用中具有重要得實用意義。例如，聲波測井、聲波測量氣體或液體得濃度與比重、 聲波測量輸油管中不同油品得分界面等等?！奥曀俚脺y量” 就是一個綜合性聲學(xué)實驗。 實驗中采用壓電陶瓷超聲換能器通過駐波法（共振干涉法) 與相位比較法測量超聲波在空氣中得傳播速度，這就是一個非電量電測方法得應(yīng)用。通過這個實驗可以重點學(xué)習(xí)如下內(nèi)容：（ 1) 實驗方法：非電量得電測方法；測量聲速得駐波法與相位比較法。( ）測量

2、方法：利用示波器測量電信號得極大值與觀察李薩如圖形測量相位差得方法。 (3) 數(shù)據(jù)處理方法：求聲波波長得逐差法。 （4）儀器調(diào)整使用方法 : 雙蹤示波器與函數(shù)信號發(fā)生器得正確調(diào)節(jié)與使用方法?！緦嶒?zāi)康谩?、學(xué)習(xí)用駐波共振法與相位比較法測量超聲波在空氣中得傳播速度。、了解壓電換能器得功能。、學(xué)習(xí)用逐差法處理數(shù)據(jù).【實驗儀器】SVX5 型聲速測試儀信號源、 SVDH系列聲速測試儀、雙蹤示波器等為波長 , 為頻率?！緦嶒炘怼款l率介于 0H kHz 得機械波振動在彈性介質(zhì)中得傳播就形成聲波， 介于 0k z500M z 得稱為超聲波 , 超聲波得傳播速度就就是聲波得傳播速度 , 而超聲波具有波長短，

3、 易于定向發(fā)射與會聚等優(yōu)點， 聲速實驗所采用得聲波頻率一般都在 20KHz 60k z 之間。在此頻率范圍內(nèi) , 采用壓電陶瓷換能器作為聲波得發(fā)射器、接收器、效果最佳。根據(jù)聲波各參量之間得關(guān)系可知，其中為波速，圖 4-5 1 共振法測量聲速實驗裝置在實驗中 , 可以通過測定聲波得波長與頻率求聲速。聲波得頻率可以直接從低頻信號發(fā)生器 ( 信號源 ) 上讀出，而聲波得波長則常用相位比較法( 行波法）與共振干涉法（駐波法）來測量.圖 4-5 2相位比較法測量聲速實驗裝置、相位比較法實驗裝置接線如圖 4- -2 所示 , 置示波器功能于 XY 方式。當(dāng) S發(fā)出得平面超聲波通過媒質(zhì)到達接收器 S2，合成

4、振動方程為 :在發(fā)射波與接收波之間產(chǎn)生相位差：見圖 3，隨著振動得相位差從0得變化 , 李薩如圖形從斜率為正得直線變?yōu)闄E圓，再變到斜率為負得直線。因此，每移動半個波長, 就會重復(fù)出現(xiàn)斜率符號相反得直線, 測得了波（ )(b)（ c)（ d)（e）圖 4 5-3合成振動長與頻率，根據(jù)式即可計算出聲音傳播得速度。改變S與S之間得距離L, 相當(dāng)于改變了發(fā)射波與接收波之間得相位差，熒光屏上得圖形也隨L 不斷變化。顯然, 當(dāng)S1、 2 之間距離改變半個波長, 則 =。2、共振干涉（駐波）法測聲速由聲源 S 發(fā)出得聲波（頻率為),經(jīng)介質(zhì) (空氣）傳播到2， S 在接收聲波信號得同時反射部12分聲波信號 .

5、如果接收面（ S )與發(fā)射面（S ）嚴格平行，入射波即在接收面上垂直反射,入射波與21反射波相干涉形成駐波。反射面處就是位移得波節(jié),聲壓得波腹。改變接收器與發(fā)射源之間得距離,在一系列特定得距離上，空氣中出現(xiàn)穩(wěn)定得駐波共振現(xiàn)象.此時L等于半波長得整數(shù)倍，駐L波得幅度達到極大；同時，在接收面上得聲壓波腹也相應(yīng)地達到極大值.通過壓電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生得電信號得電壓值也最大(示波器顯示波形得幅值最大）。因此，若保持頻率不變，通過測量相鄰兩次接收信號達到極大值時接收面之間得距離L，即可得到該波得波長（ =2x),并用計算出聲速。3、 壓電陶瓷換能器壓電陶瓷換能器就是由壓電陶瓷片與輕重兩種金屬組成。正負電極片后蓋

6、反射板壓電陶瓷片輻射頭圖 -5- 縱向換能器得結(jié)構(gòu)壓電陶瓷片就是由一種多晶結(jié)構(gòu)得壓電材料（如石英、鋯鈦酸鉛陶瓷等），在一定溫度下經(jīng)極化處理制成得. 它具有壓電效應(yīng), 即受到與極化方向一致得應(yīng)力時，在極化方向上產(chǎn)生一定得電場強度且具有線性關(guān)系: ，即力電，稱為正壓電效應(yīng) ; 當(dāng)與極化方向一致得外加電壓加在壓電材料上時, 材料得伸縮形變與之間有簡單得線性關(guān)系：，即電力 , 稱為逆壓電效應(yīng) 。其中為比例系數(shù)，為壓電常數(shù)，與材料得性質(zhì)有關(guān)。由于與，與之間有簡單得線性關(guān)系, 因此我們就可以將正弦交流電信號變成壓電材料縱向得長度伸縮，使壓電陶瓷片成為超聲波得波源。即壓電換能器可以把電能轉(zhuǎn)換為聲能作為超聲波

7、發(fā)生器，反過來也可以使聲壓變化轉(zhuǎn)化為電壓變化，即用壓電陶瓷片作為聲頻信號接收器。 因此 , 壓電換能器可以把電能轉(zhuǎn)換為聲能作為聲波發(fā)生器, 也可把聲能轉(zhuǎn)換為電能作為聲波接收器之用。壓電陶瓷換能器根據(jù)它得工作方式，可分為縱向（振動）換能器、 徑向 ( 振動 ) 換能器及彎曲振動換能器. 圖 4-5 4 所示為縱向換能器得結(jié)構(gòu)簡圖?！緦嶒瀮?nèi)容及步驟】1、聲速測試儀系統(tǒng)得連接與調(diào)試接通電源，信號源自動工作在連續(xù)波方式, 選擇得介質(zhì)為空氣得初始狀態(tài), 預(yù)熱 15min。聲速測試儀與聲速測試儀信號源及雙蹤示波器之間得連接如圖4 5-2 所示。）測試架上得換能器與聲速測試儀信號源之間得連接信號源面板上得發(fā)

8、射端換能器接口（ 1），用于輸出相應(yīng)頻率得功率信號, 接至測試架左邊得發(fā)射換能器（S1 ）；儀器面板上得接收端得換能器接口（S ） , 請連接測試架右邊得接收換能器(S 2) 。2）示波器與聲速測試儀信號源之間得連接信號源面板上得發(fā)射端得發(fā)射波形（Y1), 接至雙蹤示波器得 H1（ X），用于觀察發(fā)射波形 ; 信號源面板上得接收端得接收波形(Y ） , 接至雙蹤示波器得CH2(Y)，用于觀察2接收波形 .、共振頻率得調(diào)試測量只有當(dāng)換能器 S1 與 S 發(fā)射面與接收面保持平行時才有較好得接收效果；為了得到較清晰得接收波形 , 應(yīng)將外加得驅(qū)動信號頻率調(diào)節(jié)到發(fā)射換能器S 諧振頻率點處，才能較好地進1

9、行聲能與電能得相互轉(zhuǎn)換，提高測量精度，以得到較好得實驗效果。超聲換能器工作狀態(tài)得調(diào)節(jié)方法如下: 各儀器都正常工作以后，首先調(diào)節(jié)聲速測試儀信號源輸出電壓 (100 V5 0mV之間），調(diào)節(jié)信號頻率 （在 2545kHz），觀察頻率調(diào)整時接收波得電壓幅度變化，在某一頻率點處( 4、 5 37、 5kHz之間）電壓幅度最大, 同時聲速測試儀信號源得信號指示燈亮， 此頻率即就是壓電換能器S 、S 相匹配得頻率點, 記錄頻率 i，12改變 1 與 S2 之間得距離 , 適當(dāng)選擇位置（即: 至示波器屏上呈現(xiàn)出最大電壓波形幅度時得位置） , 再微調(diào)信號頻率 , 如此重復(fù)調(diào)整，再次測定工作頻率，共測5 次，取

10、平均值 0 .3、用相位比較法 ( 李薩如圖形 ) 測量波長1) 將測試方法設(shè)置到連續(xù)波方式，連好線路，把聲速測試儀信號源調(diào)到最佳工作頻率。2）調(diào)節(jié)示波器: 把“掃描時間”旋扭旋至“X Y”方式；3）移動2, 依次記下示波器上波形由圖中( a) 變?yōu)閳D4-5-中 ( e）時，讀數(shù)標尺位置得讀數(shù) 、 L 共 10 個值 ;4）記下室溫t ;5）用逐差法處理數(shù)據(jù)。4、干涉法 ( 駐波法）測量波長 )按圖 4-5 1 所示連接好電路；2）將測試方法設(shè)置到連續(xù)波方式，把聲速測試儀信號源調(diào)到共振工作頻率（根據(jù)共振特點觀察波幅變化進行調(diào)節(jié)) 。 ) 在共振頻率下, 將 S 移近 1 處 , 依次記下各振幅

11、最大時得讀數(shù)標尺位置、 2共 0 個值；4）記下室溫t ；）用逐差法處理數(shù)據(jù)。【數(shù)據(jù)記錄及處理】1. 駐波法t= 0 33 、 45 /s=Hz波幅最大位置12345i(mm)波幅最大位置678910i+5(mm)(mm)2. 相位法t=0C3 1、45m/sHz相位變化為位置12345i (mm)相位變化為位置678910i+5(mm)(mm)【預(yù)習(xí)要求】1、理解駐波法與相位比較法測量聲速得基本原理。2、了解形成駐波與李薩如圖形得基本理論.、了解函數(shù)信號發(fā)生器與示波器得調(diào)整與使用方法.4、理解測量波長得駐波法與相位比較法。、熟悉實驗得具體內(nèi)容。6、列出測量數(shù)據(jù)記錄表.【注意事項】1、必須仔細閱讀教材中各儀器說明書, 熟悉各個旋鈕得功能, 方可進行調(diào)節(jié).2、信號發(fā)射器得信號輸出幅度不要過大，避免儀器過熱而損壞。3、調(diào)節(jié)儀器旋鈕要輕緩，以免損壞.4、實驗時要使函數(shù)信號發(fā)生器得輸出頻率等于換能器得諧振頻率，并且在實驗過程中保持不變。5、使用游標尺測量移動距離時，必須輕而緩慢地調(diào)節(jié)，手勿壓游標尺。6、換能器發(fā)射面與接受面要保持相互平行?！舅伎碱}】1、駐波法測量聲速得原理與方法就是什么？、相位比較法測量聲速得原理與方