一种用X—衍射测定PET纤维非晶取向度的简易方法

实验8 声速的测定

实验8 声速的测定 [实验目的] 1． 了解超声换能器的工作原理和功能。 学习不同方法测定声速的原理和技术。 2． 熟悉测量仪和示波器的调节使用。 3． 测定声波在空气及水中的传播速度。 [实验仪器] 1．ZKY —SS 型声速测定实验仪 一台 2．双踪示波器 一台 [仪器介绍] (示波器的使用见教材) 实验仪由超声实验装置（换能器及移动支架组合）和声速测定信号源组成。 超声实验装置中发射器固定，摇动丝杆摇柄可使接收器前后移动，以改变发射器与接收器的距离。丝杆上方安装有数字游标尺(带机械游标尺)，可准确显示位移量。整个装置可方便的装入或拿出水槽。 超声实验装置（换能器及移动支架组合） 声速测定信号源

声速测定信号源面板上有一块LCD显示屏用于显示信号源的工作信息；还具有上下、左右按键，确认按键、复位按键、频率调节旋钮和电源开关。上下按键用作光标的上下移动选择，左右按键用作数字的改变选择，确认按键用作功能选择的确认以及工作模式选择界面与具体工作模式界面的交替切换。 同时还有超声发射驱动信号输出端口（简称TR,连接到超声波发射换能器）、超声发射监测信号输出端口（简称MT,连接到示波器显示通道1）、超声接收信号输入端口（简称RE，连接到超声波接收换能器）、超声接收信号监测输出端口（简称MR，连接到示波器显示通道2）。 声速测定信号源具有选择、调节、输出超声发射器驱动信号；接收、处理超声接收器信号；显示相关参数：提供发射监测和接收监测端口连接到示波器等其它仪器等功能。 开机显示欢迎界面后，自动进入按键说明界面。按确认键后进入工作模式选择界面，可选择驱动信号为连续正弦波工作模式(共振干涉法与相位比较法)或脉冲波工作模式(时差法)。 选择连续波工作模式，按确认键后进入频率与增益调节界面；在该界面下将显示输出频率值；发射增益档位，接收增益档位等信息，并可作相应的改动。[实验原理] 声波是一种在弹性媒质中传播的机械波。声波在媒质中传播时，声速、声衰减等诸多参量都和媒质的特性与状态有关，通过测量这些声学量可以探知媒质的特性及状态变化。例如，通过测量声速可求出固体的弹性模量；气体、液体的比重、成分等参量。 在同一媒质中，声速基本与频率无关，例如在空气中，频率从20赫兹变化到8万赫兹,声速变化不到万分之二。由于超声波具有波长短，易于定向发射，不会造成听觉污染等优点，我们通过测量超声波的速度来确定声速。超声波在医学诊断，无损检测，测距等方面都有广泛应用。 声速的测量方法可分为两类： 第一类方法是直接根据关系式V=S／t，测出传播距离S和所需时间t后即可算出声速，称为“时差法”，这是工程应用中常用的方法。 第二类方法是利用波长频率关系式V=f·λ，测量出频率f和波长λ来计算出声速，测量波长时又可用“共振干涉法”或“相位比较法”，本实验用三种方法测量气体和液体中的声速。 本实验采用压电陶瓷超声换能器将实验仪输出的正弦振荡电信号转换成超声振动。当把电信号加在发射端时，换能器端面产生机械振动(逆向压电效应)并在空气中发出声波。当声波传递到接收端时，激发起端面振动，又会在产生相应的电信号输出(正向压电效应)。每一只换能器都有其固有的谐振频率，换能器只有在其谐振频率，才能有效的发射(或接收)。实验时用一个换能器作为发射器，另一个作为接收器，二换能器的表面互相平行，且谐振频率匹配。

声速的测量

物理实验报告 一、【实验名称】 超声波声速的测量 二、【实验目的】 1、了解声速的测量原理 2、学习示波器的原理与使用 3、学习用逐差法处理数据 三、【仪器用具】 1、SV-DH-3型声速测定仪段 2、双踪示波器 3、SVX-3型声速测定信号源 四、【仪器用具】 1.超声波与压电陶瓷换能器 频率20Hz-20kHz的机械振动在弹性介质中传播形成声波，高于20kHz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，易于定向发射等优点，声速实验所采用的声波频率一般都在20～60kHz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。 图1 压电陶瓷换能器根据它的工作方式，分为纵向（振动）换能器、径向（振动）换能器

及弯曲振动换能器。声速教学实验中所用的大多数采用纵向换能器。图1为纵向换能器的结构简图。 2.共振干涉法（驻波法）测量声速 假设在无限声场中，仅有一个点声源S1（发射换能器）和一个接收平面（接收换能器S2）。当点声源发出声波后，在此声场中只有一个反射面（即接收换能器平面），并且只产生一次反射。 在上述假设条件下，发射波ξ1=Acos （ωt+2πx /λ)。在S2处产生反射，反射波ξ 2 =A 1cos （ωt+2πx /λ)，信号相位与ξ1相反，幅度A 1＜A 。ξ1与ξ2在反射平面相交叠加， 合成波束ξ 3 ξ3=ξ1+ξ2=(A 1+A 2）cos （ωt-2πx /λ)+A 1cos （ωt+2πx /λ) =A 1cos(2πx /λ)cos ωt+A 2cos （ωt - 2πx /λ) 由此可见，合成后的波束ξ3在幅度上，具有随cos(2πx /λ)呈周期变化的特性，在相位上，具有随(2πx /λ)呈周期变化的特性。 图4所示波形显示了叠加后的声波幅度，随距离按cos(2πx /λ)变化的特征。 图2 换能器间距与合成幅度 实验装置按图7所示，图中S1和S2为压电陶瓷换能器。S1作为声波发射器，它由信号源供给频率为数十千赫的交流电信号，由逆压电效应发出一平面超声波；而S2则作为声波的接收器，压电效应将接收到的声压转换成电信号。将它输入示波器，我们就可看到一组由声压信号产生的正弦波形。由于S2在接收声波的同时还能反射一部分超声波，接收的声波、发射的声波振幅虽有差异，但二者周期相同且在同一线上沿相反方向传播，二者在S1和S2区域内产生了波的干涉，形成驻波。我们在示波器上观察到的实际上是这两个相干波合成后在声波接收器S2处的振动情况。移动S2位置（即改变S1和S2之间的距离），你从示波器显示上会发现，当S2 在某此位置时振幅有最小值。根据波的干涉理论可以知道：任何 发射换能器与接收换能器之间的距离

声速的测量

声速的测量 【一】实验目的 1．学习测量超声波在媒质中的传播速度的方法。 2．用共振干涉法、相位比较法和时差法测量声速，并加深对驻波、振动合成、波的干涉等理论知识的理解。 3．通过实验了解作为传感器的压电陶瓷的功能并培养综合使用仪器的能力。 【二】实验原理 1．声波 声波是一种在弹性媒质中传播的机械波，它能在气体、液体、和固体中传播。但在各种媒质中传播的速度是不同的。频率介于20Hz～20kHz的机械波振动在弹性介质中的传播就可形成声波。频率介于20kHz～500MHz的波称为超声波，在同一媒质中，超声波的传播速度就等于声波的传播速度。由于超声波具有波长短，易于定向发射和会聚等优点，因此在超声波段进行声速的测量比较方便。测量声速时可以利用声速与振动频率f和波长λ之间的关系（即v=λf）求出，也可以利用v=L/t求出，其中L为声波传播的路程，t为声波传播的时间。 声速测量的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．共振干涉（驻波）法测声速 实验装置接线如图(1)所示，图中S1和S2为压电陶瓷超声换能器。由声源S1发出平面简谐波沿X轴正方向传播，接收器S2在接收超声波的同时还反射一部分超声波。这样，由S1发出的超声波和由S2反射的超声波在S1和S2之间形成干涉，出现驻波共振现象。 图（1）

设沿X 轴正方向入射波方向的方程为 )(2cos 1λ πx ft A Y ?= （1） 沿X 轴负方向反射波方程为 ) (2cos 1λπx ft A Y += （2） 在入射波和反射波相遇处产生干涉，在空间某点的合振动方程为 t x A Y Y Y ωλπ cos 2cos 2(21=+= （3） 由(3)式可知，当：2)12(2πλπ +=k x k = 0，1，2，3………. （4） 即4)12(λ +=k x k = 0，1，2，3……….时，这些点的振幅始终为零，即为波节。 当：πλπ k x =2 k = 0，1，2，3………. （5） 即2λ k x = k = 0，1，2，3……….时，这些点的振幅最大，等于2A ，即为波腹。 故知，相邻波腹（或波节）的距离为2/λ。 由上式可知，当S 1和S 2之间的距离L 恰好等于半波长的整数倍时，即 2λ k L = k = 0，1，2，3……… 形成驻波，示波器上可观察到较大幅度的信号，不满足条件时，观察到的信号幅度较小。移动S 2，对某一特定波长，将相继出现一系列共振态，任意两个相邻的共振态之间，S 2的位移为， 222)1(1λ λ λ =?+=?=Δ+k k L L L k k （6） 所以当S 1和S 2之间的距离L 连续改变时，示波器上的信号幅度每一次周期性变化，相当于S 1和S 2之间的距离改变了2λ 。此距离2λ 可由游标卡尺测得，频率f 由信号发生器读得，由f v ?=λ即可求得声速。 3．相位比较法 实验装置接线仍如图(1)所示，置示波器功能于X －Y 方式。当S 1发出的平面超声波通过媒质到达接收器S 2时，在发射波和接受波之间产生位相差为： v L f L πλπ???2221==?=Δ （7） 因此可以通过测量?Δ来求得声速。 ?Δ的测定亦可用相互垂直振动合成的李萨如图形来进行。设输入X 方向的入射波振动方程为： )cos(11?ω+=t A x （8） 输入Y 方向的是由S 2接收到的波动，其振动方程为：

声速的测量

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，因此我们就可以将正弦交流电信号

4. 实验原理 根据声波各参量之间的关系可知V =λν,其中V 为波速,λ为波长, ν为频率。 在实验中,可以通过测定声波的波长λ和频率ν求声速。声波的频率ν可以直接从低频信号发生器(信号源)上读出,而声波的波长λ则常用相位比较法(行波法)和共振干涉法(驻波法)来测量。 (1) 相位比较法 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： V L L πνλπ???2221==-=? （1） 因此可以通过测量??来求得声速。 ??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(11?ω+=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(22?ω+=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，1?和2?分别为X 、Y 方向振动的初相位，则合成振动方程为 )(sin )cos(2122122 1222212????-=--+A A xy A y A x （4） 此方程轨迹为椭圆，椭圆长、短轴和方位由相位差21???-=?决定。当??＝0时，由式得

声速测量

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μ γRT 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 .273145.33110 0t 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。 当改变S 1和S 2之间的距离L ，相当于改变了发射波和接收波之间的相位差Δφ，示波器上图形也随之不断变化。当S 2与S 1的距离变化ΔL = L n +1- L n =λ，它们之间的相位差Δφ=2π，如图三所示。显然，根据李萨如图形的变化情况可测得波长λ,频率f 仍由函数信号发生器上读得, 由v =λ f =ΔL f 即可求得声速。 图 一 共振干涉法测声速

声速测量

3.10 声速测量 声音是一种在弹性媒质中传播的机械波，频率在20Hz~20kHz 的声波可以被人听到，称为可闻声波；频率低于20Hz 的声波称为次声波；频率在20kHz 以上的声波称为超声波。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和接收器效果最佳。 实验目的 1．了解声速综合测定仪的结构和测试原理； 2．通过实验了解压电陶瓷换能器的功能； 3．用共振干涉法、相位比较法和时差法测定声速，加深有关共振、振动合成、波的干涉等理论知识的理解。 仪器用具 THQSS-3型声速综合测试仪信号源、THQSS-1型声速测试仪、固体声速测量试验仪、双踪示波器 实验原理 根据声波各参量之间的关系可知V λν=，其中V 为波速，λ为波长，ν为频率。在实验中可以通过测定声波的波长和频率求声速。声波的频率可以直接从低频信号发生器（信号源）上读出，而声波的波长λ则常用相位比较法和共振干涉法（驻波法）来测量。 1．相位比较法 当发射换能器T 发出的超声波通过介质到达接收换能器R 时，在发射波和接收波之间产生相位差： 122/2/L L V ???πλπν?=-== (3.10-1) 因此，可以通过测量??来求得声速。 ??的测定可用相互垂直振动合成的李萨茹图形来进行。设输入X 轴（CH1）的入射波振动方程为 ()11cos x A t ω?=+ (3.10-2) 输入Y 轴（CH2）的是由R 接收到的波，其振动方程为： ()12cos y A t ω?=+ (3.10-3) 上述两式中1A 、2A 分别为X 、Y 方向振动的振幅，ω为角频率，1?和2?分别为X 、Y 方向振动的初相位，则合成振动方程为

用驻波法测声速

用驻波法测声速实验目的 1.学会用驻波法测空气中的声速 2.学会用逐差法处理实验数据 实验仪器

实验原理 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。 使S1发出一平面波。S2作为超声波接收头，把接收到的声压转换成交变的正弦电压信号后输入示波器观察，示波器置扫描方式。S2在接收超声波的同时还反射一部分超声波。这样，由S1发出的超声波和由S2反射的超声波在S1和S2之间产生定域干涉。 当S1和S2之间的距离L 恰好等于半波长的整数倍时，即 2 λ k L =， k = 0，1，2，3 …… ； 形成驻波共振。任意两个相邻的共振态之间，S2的位移为， 2 22) 1(1λ λλ= -+=-=?+k k L L L k k 所以当S1和S2之间的距离L 连续改变时，示波器上的信号幅度每一次周期性变 化，相当于S1和S2之间的距离改变了 2λ。此距离2 λ 可由读数标尺测得，频率f 由信号发生器读得，由f ?=λυ即可求得声速。

实验步骤 只有当换能器S1和S2发射面与接收面保持平行时才有较好的接收效果；为了得到较清晰的接收波形，应将外加的驱动信号频率调节到发射换能器S1谐振频率点处，才能较好地进行声能与电能的相互转换，提高测量精度，以得到较好的实验效果。 超声换能器工作状态的调节方法如下：各仪器都正常工作以后，首先调节声速测试仪信号源输出电压(100mV～500mV之间)，调节信号频率（在25～45kHz），观察频率调整时接收波的电压幅度变化，在某一频率点处(34.5～37.5kHz之间)电压幅度最大，同时声速测试仪信号源的信号指示灯亮，此频率即是压电换能器S1、S2相匹配的频率点，记录频率νi ，改变S1和S2之间的距离，适当选择位置(即：至示波器屏上呈现出最大电压波形幅度时的位置)，再微调信号频率，如 此重复调整，再次测定工作频率，共测5次，取平均值 0 。 将测试方法设置到连续波方式，把声速测试仪信号源调到共振工作频率（根据共振特点观察波幅变化进行调节）。 在共振频率下，将S2移近S1处，依次记下各振幅最大时的读数标尺位置 L 1、L 2 …共10个值； 记下室温t ； 实验数据 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 f Hz 37164 37165 37167 37168 37168 37169 37168 37169 Xn 8.060cm 8.500cm 8.968cm 9.422cm 9.890cm 10.360c m 10.820c m 11.276c m 序号9 1 16 f Hz 37169 37168 37168 37168 37168 37169 37169 37169 X n11.746c m 12.204c m' 12.660c m 13.120c m 13.590c m 14.040c m 14.500c m 14.960c m

超声波角、平测及声速计算方法

超声波角、平测及声速计算方法 张治泰 （陕西省建筑科学研究设计院，西安710082） 一、概述 采用超声波检测混凝土质量，一般是根据构件或结构的几何形状、所处环境、尺寸大小以及所能提供的测试表面等条件，选用不同的测试方法。一般常用的检测方法有以下几种： 1. 对测法。当混凝土被测部位能提供一对相互平行的测试表面时，可采用对测法检测。即将一对厚度振动式换能器（发射简称F换能器，接收简称S换能器），分别耦合于被测构件同一测区两个相互平行的表面逐点进行测试，F、S换能器的轴线始终位于同一直线上。例如检测一般混凝土柱、梁等构件。 2. 角测法。当混凝土被测部位只能提供两个相邻表面时，虽然无法进行对测，但可以采用丁角方法检测。即将一对F、S换能器分别耦合于被测构件的两个相邻表面进行逐点测试，两个换能器的轴线形成90°夹角。例如检测旁边存在墙体、管道等障碍物的混凝土柱子。 3. 平测法。当混凝土被测部位只能提供一个测试表面时，可采用平测法检测。将一对F、S换能器置于被测结构同一个表面，以一定测试距离进行逐点检测。比如检测路面、飞机跑道、隧道壁等结构。 其中角测或斜测法以及平测法在超声波检测混凝土缺陷中经常用到，我们在《陕西省综合法检测混凝土强度技术规程》DBJ―24―7―88中提出了超声波斜测（含角测）和平测方法，在《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》CECS 02：88中尚未规定这两种测试方法。根据工程检测的需要，在CECS 02规程修订稿中增加了角测和平测内容。 二、超声波角测及其声速计算 1.测试方法。超声波角测法的测点布置如图2―1所示。为使超声波能充分反映构件内部混凝土质量，同时还要避开钢筋的影响，布置超声测点时应使换能器尽量离开构件边缘远一些，同时为了简化测试操作工序，减少测距l和声速v的计算工作量，宜将同一测区三个测点布置成统一的尺寸l1、l2（如图2―1(b)）。通过计算分析表明，换能器中心点与构件边缘的距离只要不小于200mm，混凝土声速小到3.50～3.80km/s均不会受到钢筋的影响。在工程检测中经常遇到的构件，可供测试的两个表面不一样宽，所以布置测点时不要求l1与l2相等，但二者相差不宜大于2倍。l1、l2的测量精度应控制在±1%之内。 2. 超声测距和混凝土声速计算。丁角测试的测距l可采用F、S换能器中心点与构 件边缘的距离l1、l2的平方和再开方求得，即l应按（2―1）式计算：

三种测试方法测试声速

三种测试方法测试声速 一、实验目的 掌握测量声速的几种方法 实际测量声速 二、实验仪器 SV—DH系列声速测试仪为观察、研究声波在不同介质中传播现象,测量这些介质中声波传播速度的专用仪器.它们都由声速专用测试架及专用信号源 二部分组成。仪器可用于大学基础物理实验。 SV-DH系列声速测试仪不但覆盖了基础物理声速实验中常用的二种测试 方法，而且,在上述常规测量方法基础上还可以用工程中实际使用的声速测量方法时差法进行测量。在时差法工作状态下，使用示波器，可以非常明显、直观地观察声波在传播过程中经过多次反射、叠加而产生的混响波形。 型号与组成 SV-DH系列声速测试仪是由声速测试仪（测试架）和声速测试仪信号源二个部分组成。下列声速测试仪都可增加固体声速测量装置，用于固体声速的测量. 对于声速测试架，有以下型号： SV—DH-3型声速测定仪（支架式、千分尺读数）； SV-DH—3A型声速测定仪（支架式、数显容栅尺读数）； SV-DH—5型声速测定仪（液槽式、千分尺读数）； SV—DH—5A型声速测定仪(液槽式、数显容栅尺读数）； SV-DH—7型声速测定仪（液槽可脱卸、千分尺读数）。 SV-DH—7A型声速测定仪（液槽可脱卸、数显容栅尺读数)。 对于信号源，有以下型号: SVX-3型声速测定信号源（频率范围20kHz~45kHz，带时差法测量脉冲信号源）； SVX-5型声速测定信号源（频率范围20kHz～45kHz，带时差法测量脉冲信号源）； SVX-7型通用信号源(频率范围50Hz～50KHz、带时差法测量脉冲信号源）； 图1列出SVX-5、SVX-7声速测试仪信号源面板，图2为声速测试仪外形示意图。 图1 SVX ; 接收增益：用于调节仪器内部的接收增益。 图2 声速测试架外形示意图 主要技术参数 1。 SV-DH声速测试仪 1.1 环境适应性:工作温度10~35℃；相对湿度25~75%. 1。2 抗电强度:仪器能耐受50Hz正弦波500V电压1min耐压试验。 1。3 配对压电陶瓷换能器：谐振频率：35±3kHz;可承受的连续电功率不小于15W。 1.4 两换能器之间测试距离:50～280mm（支架式）、 50～350mm（水槽式）

声速测量讲义-物理教学部

声速的测定 在弹性介质中，频率从20 Hz 到20 kHz 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2×104 Hz -5×108 Hz 之间。超声波能在固体、液体和气体中传播，传播速度就是声波的传播速度。超声波具有波长短、穿透本领强、易于定向发射等优点，常用作声速测量中的波源。超声波在测距、定位、测液体流速和测量气体温度等方面有其显著的优势，尤其是在临床医学中，超声、电子技术和计算机的完美结合，在研究人体内部组织超声物理特性和病变间的某些规律方面，已成为不可缺少的诊疗手段，并发展为一门边缘学科即超声诊断学。声速作为超声波的重要参数，无论是基础研究，还是临床应用，它的测量都具有重要意义。 一．实验目的 1．了解超声波的产生、发射和接收的原理； 2．用驻波法、位相法和时差法测量空气中的声速； 3．进一步熟悉示波器的使用； 4．学习用逐差法处理测量数据。 二．实验仪器 SV-DH 系列声速测试仪，MDS-620双踪示波器，声速测试仪信号源。 三．实验原理 1．声波在空气中的传播速度 声波在理想气体中的传播速度为 RT v M γ= （1） 式中γ是比热容比（γ=C P /C V ），R 是普适气体常数，M 是气体的摩尔质量，T 是热力学温度。从式（1）可见，温度是影响空气中声速的主要因素。如果忽略空气中的水蒸气和其他杂质的影响，在0℃（T 0=237.15K ）时的声速 00331.45RT v m s M γ= = 在t ℃时空气中的声速为 01273.15 t t v v =+ （2） 式（2）中的室温t 可从干湿温度计（见附录）上读出。由（2）式可计算出声速，（2）式可作为空气中声速的理论计算公式。

时差法测量声速

用时差法测量超声声速 实验目的： 了解时差法测声速的原理，用时差法测量声速 掌握声速测定仪和示波器的使用方法 设计合理的测量方法和数据处理方法，减小误差 实验原理 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，所以其测量精度要高。 时差法测量声速图 实验步骤 （1）连接好电路。信号源的“声速测试方法”设置到“脉冲波”方式。 （2）将S 1和S 2之间的距离调到一定距离（≥80mm ），再调节信号源的“接收放大”旋钮 （只在“脉冲波”方式有作用），使示波器上显示的接收波信号幅度（峰-峰值）在350～400mV 左右，使定时器工作在最佳状态。然后记录此时的距离值L i-1和显示的时间值t i-1（时间由声速测试仪信号源时间显示窗口直接读出）。 （3）移动S 2，同时调节“接收放大” 旋钮，使接收波信号幅度始终保持一致。记录下 这时的距离值L i 和显示的时间值t i 。 （4）用公式 11----=i i i i t t L L v 则可求出声速。

实验数据及结果： 时差法： 温度：t= 0C 测量次数（i ） 1 2 21L L L ?=- 21t t t ?=- %S V S V V E V -= ()i l mm ()i t s μ L mm ??=**** t s μ??=**** % ()'L m V S t ?=? 00()S T m V V S T = m V S =--±-- 数据处理： 20.015L mm ??=?=仪 同理:0.5t s μ??= 'L m V S t ?==--? 22't L V m V S L t ?????????=+?=-- ? ??????? () 'V m V V S =±?=--±-- %E P =-- 按理论值公式00s T T V V =，算出理论值V S 。 式中V 0=331.45m/s 为T 0=273.15K 时的声速，T =(t +273.15)K 。 V S = =

实验9声速测定

实验9 声速测定 【实验目的】 1．了解超声波的产生、发射和接收方法。 2．用驻波法、行波法和时差法测量声速。 【实验仪器】 声速测试仪，示波器，声速测试仪信号源等。 【预习要求】 1. 确定实验步骤。 2. 列出数据记录表格。 【实验依据】 声波的传播速度与其频率和波长的关系为 =λ (1) v? f 由（1）式可知，测得声波的频率和波长，就可得到声速．同样，传播速度亦可用 = (2) v/ t L 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． 高于20kHz称为超声波。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可以在短距离较精确地测出声速。声速实验所采用的声波频率一般都在20～60kHz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。这种压电陶瓷是利用压电效应和磁致伸缩效应实现电磁振动与机械振动的相互转换。压电陶瓷制成的换能器（探头）如图8-1所示。 图 8-1 纵向换能器的结构简图 压电陶瓷换能器根据它的工作方式，分为纵向（振动）换能器、径向（振动）换 能器及弯曲振动换能器。声速教学实验中所用的大多数采用纵向（振动）换能器。 【实验内容与方法】 1．共振干涉法（驻波法）测声速 实验装置如图8-2所示。

(a) 驻波法、相位法连线图 图中S1和S2为压电晶体换能器，S1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一近似的平面声波；S2 为超声波接收器，声波传至它的接收面上时，再被反射。当S1 和S2的表面互相平行时，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 ,2,1,0,2==n n L λ (3) 时，来回声波的波峰与波峰、波谷与波谷正好重叠，形成驻波。 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（参见图8-3）。

声速的测定实验 实验指导及操作说明书

ZKY-SS型声速测定实验仪技术说明书 【概述】 ZKY—SS型声速测定实验仪是为测量在空气、液体中声波传播速度而设计的专用仪器。仪器可用于大学基础物理实验，是振动与波、压电陶瓷应用、示波器应用和声纳技术应用的一个好实验。 ZKY—SS型声速测试仪不但覆盖了基础物理声速实验中常用的二种测试方法，还可以用工程中实际使用的声速测量方法—时差法进行测量。 在时差法工作状态下，使用示波器，可以明显地观察声波在传播过程中经过多次反射、叠加而产生的混响波形。 ZKY—SS型声速测试仪有ZKY—SSA型和ZKY—SSB型两个子型号产品。【实验装置介绍】 实验仪由超声实验装置（换能器及移动支架组合）和声速测定信号源组成； 超声实验装置中发射器固定，摇动丝杆摇柄可使接收器前后移动，以改变发射器与接收器的距离。丝杆上方安装有数字游标尺(带机械游标尺)，可准确显示位移量。整个装置可方便的装入或拿出水槽。

声速测定信号源面板上有一块LCD显示屏用于显示信号源的工作信息；还具有上下、左右按键，确认按键、复位按键、频率调节旋钮和电源开关。上下按键用作光标的上下移动选择，左右按键用作数字的改变选择，确认按键用作功能选择的确认以及工作模式选择界面与具体工作模式界面的交替切换。 同时还有超声发射驱动信号输出端口（简称TR,连接到超声波发射换能器）、超声发射监测信号输出端口（简称MT,连接到示波器显示通道1）、超声接收信号输入端口（简称RE，连接到超声波接收换能器）、超声接收信号监测输出端口（简称MR，连接到示波器显示通道2）。 声速测定信号源具有选择、调节、输出超声发射器驱动信号；接收、处理超声接收器信号；显示相关参数：提供发射监测和接收监测端口连接到示波器等其它仪器等功能。 开机显示欢迎界面后，自动进入按键说明界面。按确认键后进入工作模式选择界面，可选择驱动信号为连续正弦波工作模式(共振干涉法与相位比较法)或脉冲波工作模式(时差法)。 选择连续波工作模式，按确认键后进入频率与增益调节界面；在该界面下将显示输出频率值；发射增益档位，接收增益档位等信息，并可作相应的改动。 选择脉冲波工作模式，按确认键后进入时差显示与增益调节界面；在该界面下将显示超声波通过目前超声波换能器之间的距离所需的时间值；发射增益档位，接收增益档位等信息，并可作相应的改动。 用频率调节旋钮调节频率，在连续波工作模式下显示屏将显示当前输出驱动信号的频率值。 增益可在0档到3档之间调节，初始值为2档；发射增益调节驱动信号的振幅；接收增益将调节接收信号放大器的增益，放大后的接收信号由接收监测端口输出。以上调节完成后就可进行测量了。 改变测量条件可按确认键，将交替显示模式选择界面或频率(时差显示)与增益调节界面。按复位键将返回欢迎界面。 【仪器配套与附件】 ZKY_SSA型： 1.超声实验装置（换能器及移动支架组合、机械尺） ZKY-SSA 一台 2.声速测定仪信号源 ZKY-SS 一台 3.信号连接电缆两条 4.电源连接电缆一条 5.使用说明书一本 6.备用保险管1.25A（已装于电源插座保险备管座内）一个 ZKY_SSB型： 1.超声实验装置（换能器及移动支架组合、数显尺） ZKY-SSB 一台 2.声速测定仪信号源 ZKY-SS 一台 3.信号连接电缆两条

水深测量中声速改正方法分析(修改)

水深测量中声速改正方法分析 杨仁辉 （中交广州航道局有限公司，广州，510221） 摘要：本文介绍了水深测量中声速测量的两种方法，以HY1200声速仪为例，着重介绍了声速剖面仪的原理、软件应用以及平均声速的计算方法，并且对两种方法进行了比较、分析。 关键词：测试板法；声速剖面仪；HY1200系列；平均声速；声速改正数 Correction for Acoustical velocity in Echo Sounding YANG Ren—hui (CCCC Guangzhou Dredging CO.,LTD.,Guangzhou 510221) Abstract: This paper introduces the method of test board and SVP，the focus is the principle、application software and average sound velocity of HY1200 SVP.Then it discusses the diffenrent of test board and SVP. Key words:test board；Sound Velocity Profiler；HY1200SVP;average sound velocity； correction of sound velocity data １.引言 水深测量通常采用回声测深系统进行测量。回声测深系统的原理非常简单，主要是以声速和声速往返时间来计算水深，即： Ｈ＝V×Ｔ/2（1） 其中：V为声速、Ｔ为声速往返时间。 这里，声速往返时间是由系统感知计算得到的，声速由测量人员测定，所以为了得到相对精确的测量结果，声速的测定就成为水深测量过程中非常重要的一个步骤。对于声速的测定我们一般采用两种方法，测试板法和声速剖面仪法。测试板法和声速剖面仪是根据两种不同的思路设计的。下面我们简单叙述一下这两种方法是如何测定声速的。

用时差法测量空气中的声速

南京理工大学紫金学院大学物理实验报告 拓展性实验 用时差法测量空气中的声速 班级：计科（2）班 学号：090601223 姓名：黄志勇 时间: 2011.01.06

拓展性实验04 用时差法测量空气中的声速 一、实验名称 用时差法测量空气中的声速 二、实验目的 1．了解压电换能器的工作原理及功能 2. 复习并熟练掌握示波器的使用 3．学习用时差法测定声音在空气中的传播速度 4. 复习用逐差法处理数据 三、仪器设备 1. ZKY-SS 型声速测试仪 2.示波器 四、实验原理 声波在媒质中传播的速度决定于媒质的密度、弹性模量、温度、压强等。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。本实验在常温常压下根据波长、频率和声速的关系υ=λ·f 或者υ=ΔL/Δt ，测量声波在空气中的传播速度 T=273.15k ，Vs=331.45m/s （发射与接收波形左） （声速测量仪图右） t 接 收 换 能 器 波 形 固定 超声波发射头 可移动 超声波接收头 底座 标尺 刻度 鼓轮

五、实验步骤 (1)连接好电路，打开信号源和示波器的电源。 (2)将S1和S2之间的距离调到一定距离（50mm ），将连续波频率调离换能器谐振点，将面板上“测试方法“设置到脉冲波方式，在调节接收增益，使示波器上显示的接受波信号幅度在300——400mv 左右（峰-峰值），使信号源计时器显示的时间差指读书稳定。 (3)记录此时的距离Li （由数显尺读出）和显示的时间ti （由声速测定仪信号源时间显示窗口直接读出）。移动S2，如果计时器读数有跳字，则微调接受增益（距离增大时，顺时针调节；距离减小时，逆时针调节），使计时器读数连续准确变化。记录下这时的距离值Li+1和显示的时间ti+1.测量10个点，要求Li 与Li+1尽量保持等距离。)/()(11i i i i i t t L L v --=++

声速的测定

实验十三声速的测定 声波是一种在弹性媒质中传播的机械波。声速是描述声波在媒质中传播特性的一个基本物理量，它的测量方法可分为两类；第一类方法是根据关系式V=L/t，测出传播距离L和所需时间t 后，即可算出声速V；第二类方法是利用关系式V=fλ，从测量其频率f和波长λ来算出声速V。本实验所采用的共振干涉法和相位比较法属于后者，时差法则属于前者。 由于超声波具有波长短、易于定向发射及抗干扰等优点，所以在超声波段进行声速测量是比较方便的。通常利用压电陶瓷换能器来进行超声波的发射和接收。 一、实验目的 1．学会用驻波共振法和位相比较法测定超声波在空气中的传播速度。 2．进一步学习使用示波器和信号发生器。 3．加强对驻波及振动合成等理论的理解。 二、实验仪器 声速测定仪为观察、研究声波在不同介质中传播现象，测量这些介质中声波传播速度的专用仪器。 1．声速测定仪 图1 声速测试架外型示意图 2．仪器配套性 表1 超声速测量实验仪器配套性表 三、实验原理 1．超声波与压电陶瓷换能器 - 1 -

- 2 - 频率20Hz-20kHz 的机械振动在弹性介质中传播形成声波，高于20kHz 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，易于定向发射等优点。声速实验所采用的声波频率一般都在20～60kHz 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。 图2 纵向换能器的结构简图 压电陶瓷换能器根据它的工作方式，分为纵向（振动）换能器、径向（振动）换能器及弯曲振动换能器。声速教学实验中所用的大多数采用纵向换能器。图7-2为纵向换能器的结构简图。 2．驻波共振法测定声速 假设在无限声场中，仅有一个点声源S 1（发射换能器）和一个接收平面（接收换能器S2）。当点声源发出声波后，在此声场中只有一个反射面（即接收换能器平面），并且只产生一次反射。 在上述假设条件下，发射波11cos(2/)A t x ξωπλ=+。在S 2处产生反射，反射波 22cos(2/)A t x ξωπλ=-，信号相位与ξ1相反，幅度A 2＜A 1。ξ1与ξ2在反射平面相交叠加，合 成波束ξ3 31212cos(2/)cos(2/)A t x A t x ξξξωπλωπλ=+=++- 12 21c o s (2/)c o s (2/)()c o s (2/) A t x A t x A A t x ωπλωπλωπλ=++-+-- 1212cos(2/)cos ()cos(2/)A x t A A t x πλωωπλ=+-- 由此可见，合成后的波束ξ3在幅度上，具有随cos(2πx/λ)呈周期变化的特性，在相位上，具有随(2/)x πλ呈周期变化的特性。另外，由于反射波幅度小于发射波，合成波的幅度即使在波节处也不为0，而是按21()cos(2/)A A t x ωπλ--变化。图4所示波形显示了叠加后的声波幅度，随距离按cos(2/)x πλ变化的特征。

声速仪测量球化率的方法

声速仪如何测量球化率？ 声速仪又被称为球化率仪，是利用超声波原理测量金属、陶瓷、塑料等超声波良导体材料的球化率分布情况。具体方法：已知厚度反测声速，然后根据制表得知材料的球化率等级。 比如球墨铸铁行业球化率超声检测具有操作简单、检测速度快、结果准确、性能稳定的特点,可实现自动检测、自动控制,适用于对一般球铁铸件的球化质量的在线检测。 在铸造行业,球墨铸铁件的球化率是产品的一个重要质量指标,它反映了产品的合格率。球化率的检测方法有金相法、超声波法等。金相法需要人工操作,不适应于生产线上的检测,只能进行小批量的样品检测。超声法则是一种理想的无损检测方法,适于生产线上的快速检测。 超声波在球墨铸铁件中的传播速度与球铁本身的球化程度有一定的线性关系,即球化程度 越好,超声波传播速度越高,反之则低。因此通过测量球墨铸铁的超声波传播速度就可以检测其球化率。 举例说明： 北京时代山峰科技有限公司提供的声速测定仪（球化率仪）VX-8的操作方法： 超声波声速法——快速测量球化率：采用超声波方法，将探头接触铸件时，通过测量已知被测物体的厚度，仪器就会测出声波穿过的速度即声速，以分析材料内部组织疏密程度。预先将球墨铸铁不同球化率百分比（通过金相法）试样做出表格，分别测量其不同的声速值，对铸件进行批量检查。 制表：VX-8 声速仪测量制动蹄片-铸钢件材料球化率测试结果表 工件标准厚 度 mm 实际厚 度 mm 厚度 偏差 mm 实测 声波 速度 M/S 测得球 化率 等级 声速对应球化率金 相等级范围标准 1 126 125.94 -0.06 5637 6级5630-5445（6级） 2 126 125.94 -0.06 5650 5级5645-5660（5级） 3 126 126.16 +0.16 5660 3-4级5660-5680（3-4级） 4 126 125.88 -0.12 5691 2级56880-5700（2级）