超声波测声速
超声波测声速
实验简介:
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2×10Hz-5×10Hz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。 超声波在媒质中的传播速度与媒质的特性及状态等因素有关。因而通过媒质中声速的测定,可以了解媒质的特性或状态变化。例如,测量氯气、蔗糖等气体或溶液的浓度、氯丁橡胶乳液的比重以及输油管中不同油品的分界面等等,这些问题都可以通过测定这些物质中的声速来解决。可见,声速测定在工业生产上具有一定的实用意义。
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 48
实验原理:
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:
叠加后合成波为:
的各点振幅最大,称为波腹,对应的位置:
的各点振幅最小,称为波节,对应的位置:
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。
相位比较法测波长
从换能器S1发出的超声波到达接收器S2,所以在同一时刻S1与S2
处的波有一相位差:
其中是波长,x为S1和S2之间距离)。因为x改变一个波长时,相位差就改变
2。利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。
不同的李萨如图
实验内容:
1.调整仪器使系统处于最佳工作状态,换能器共振频率约为35KHz。
2.用驻波法(共振干涉法)测波长和声速。
3.用相位比较法测波长和声速。
注意事项
1.确保换能器S1和S2端面的平行。
2.信号发生器输出信号频率与压电换能器谐振频率f0保持一致
实验仪器:
本实验的主要仪器有:示波器、信号发生器和声速仪,实验室中的真实仪器如下图所示