实验十三 超声波在空气中的传播速度的测定

超声光栅测液体中的声速 实验报告

实验设计说明书题目：利用超声光栅测液体中的声速 院部：理工科基础教学部 专业班级：物理学（创新实验班）1班 学生姓名：某某某 学号：41106XXX 实验日期： 2013年5月21日

超声光栅测液体中的声速 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）学习声光学实验的设计思想及其基本的观测方法。 （2）测定超声波在液体中的传播速度。 （3）了解超声波的产生方法。 二、 仪器用具 分光计，超声光栅盒，高频振荡器，数字频率计，纳米灯。 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。 正文： 光声效应的发现无疑是物理学两大分支的又一次融合，利用超声光栅测量液体中的声速就是这一物理现象的应用。此次实验的仪器包括超声光栅池、超声仪、分光计、测微目镜以及光源。 由于声波是纵波，所以当超声波在液体（本实验用的是水）传播时，声波的振动会引起液体密度空间分布的周期性变化（如右图），进而导致液体的折射率亦呈周期性分布（如右图）。如果在某一时间t 0，液体密度的空间函数为： ()0s 02sin x t x π ρρρωλ??=+?- ? ?? ? ① 其中，0ρ是液体的静态密度，ρ?是密度的变化幅度，s ω是超声波的角频率，λ是超声波长，x 是超声波的传播方向，也是密度变化的空间方向；此时，折射率 的空间函数为：()0s 02sin n x n n t x πωλ? ?=+?-? ?? ?②，其中0n 为液体的静态折射率

声速测量实验报告

声速测量实验报告 【实验目的】 1.学会测量超声波在空气中的传播速度的方法。 2.理解驻波和振动合成理论。 3.学会用逐差法进行数据处理。 4.了解压电换能器的功能和培养综合使用仪器的能力。 【实验仪器】 信号发生器、双踪示波器、声速测定仪。 【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： 可见，只要测出声波的频率f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，实验中可以采用驻波法和相位法测出超声波的波长。 1. 驻波法（共振干涉法） 如右图所示，实验时将信号发生器输出的 正弦电压信号接到发射超声换能器上，超声发 射换能器通过电声转换，将电压信号变为超声 波，以超声波形式发射出去。接收换能器通过 声电转换，将声波信号变为电压信号后，送入示波器观察。 由声波传播理论可知，从发射换能器发出一定频率的平面声波，经过空气传播，到达接收换能器。如果接收面和发射面严格平行，即入射波在接收面上垂直反射，入射波与反射波相互干涉形成驻波。此时，两换能器之间的距离恰好等于其声波半波长的整数倍。在声驻波中，波腹处声压（空气中由于声扰动而引起的超出静态大气压强的那部分压强）最小，而波节处声压最大。当接收换能器的反射界面处为波节时，声压效应最大，经接收器转换成电信号后从示波器上观察到的电压信号幅值也是极大值，所以可从接收换能器端面声压的变化来判断超声波驻波是否形成。 移动卡尺游标，改变两只换能器端面的距离，在一系列特定的距离上，媒质中将出现稳定的驻波共振现象，此时，两换能器间的距离等于半波长的整数倍，只要我们监测接收换能器输出电压幅度的变化，记录下相邻两次出现最大电压数值时（即接收器位于

超声波法检测混凝土试验报告

哈尔滨工程大学 实验报告 实验名称：超声波法检测混凝土实验 班级：212 学号：05 姓名：纪强 合作者：黄昊、张艳慧 成绩：____________________________ 指导教师：梁晓羽 实验室名称：工程测试与检测技术实验室

目录 一．试验目的 二．试验仪器和设备 三．原理及试验装置 四．试验步骤 五．试验数据记录表格 六．注意事项 七．试验结果分析 八．问题讨论

一.试验目的 检测混凝土裂缝宽度，检测裂缝尺寸从而确定混凝土结构安全性。对混凝土裂缝超声检测进行实验研究，对预先设置在混凝土试件中的裂缝进行超声检测，将得到的检测数据与相应的理论值进行对比分析，讨论裂缝超声检测中存在的问题，对裂缝的检测方法提出建议。 二.试验仪器和设备 GTJ—F800 混凝土裂缝综合检测仪器，8500~11000RMB。 三.原理及试验装置 混凝土裂缝宽度检测试验原理：通过摄像头拍摄裂缝图像并放大显示在显示屏上，然后对裂缝图像进行图像处理和识别，执行特定的算法程序自动判读出裂缝宽度，仪器采用新型高精度、高灵敏度的光电转换器件进行图像采集，利用DSP 系统实现图像分析与处理，通过特征提取与优化算法自动判读裂缝宽度，同时在液晶屏上实时显示裂缝图像和裂缝宽度的测试结果。

裂缝深度检测试验原理：超声波在不同介质中传播时，将发生反射、折射、绕射和衰减等现象,表现为接收换能器上接收的超声波信号的声时、振幅、波形和频率发生相应变化,对这些变化分析处理就可以判定结构内部裂缝的深度。图中, H为试件高度;h为构造裂缝度 ;L1为射换能器距构造裂缝的水平距离;L2 为接收换能器距构造裂缝的水平距离。 四.试验步骤 制作带裂缝混凝土试件：该试件长0·6m，宽0·5m，高0·4m，混凝土强度C25，采用石子粒径30mm左右，裂缝深度90~100mm，缝宽 0~10mm。

声速的测量(超声)实验报告

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）： 218.98 213.58 209.20 204.56 199.62 194.92 190.64 185.72 180.62 176.52 相位比较法（单位：mm）： 174.60 169.60 164.80 160.68 155.90 151.22 146.28 141.58 136.68 131.70 共振干涉法： λ

超声波测声速实验报告

实验名称：超声波测声速实验报告 一、实验目的 （1）、了解超声波的发射和接收方法。 （2）、加深对振动合成、波动干涉等理论知识的理解。 （3）、掌握用干涉法和相位法测声速。 二、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（共装置图。 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： ( n =0,1,2,3……) 的各点振幅最小，称为波节，对应的位置： ( n =0,1,2,3……) 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：φ=2∏x/λ，其中λ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。 三、实验仪器 超声声速测定仪：主要部件是两个压电陶瓷换能器和一个游标卡尺。函数信号发生器：提供一定频率的信号，使之等于系统的谐振频率。示波器：示波器的x, y轴输入各接一个换能器，改变两个换能器之间的距离会影响示波器上的李萨如图形。并由此可测得当前频率下声波的波长，结合频率，可以求得空气中的声速。 四、实验内容 1．调整仪器使系统处于最佳工作状态。 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。 五、实验数据及处理： f=34kHz; Vp-p=5V; L=3.976cm; 六、实验结论： 波长λ=1.0612cm; 由此声速经测算为v=（354±3）m/s; U=0.8% 七、思考题： 1．固定距离，改变频率，以求声速。是否可行？ 答：不行，由“v = f λ”，距离一定后使得波长无法计算。 2．各种气体中的声速是否相同？为什么？ 答：不同，因为不同气体的密度不同,声波在不同介质中波长改变,根据公式可得结论。

混凝土无损检测实验报告

无损混凝土检测技术实验报告 班级: 组号: 姓名: 指导教师: 2015年6月3日

目录 实验一、混凝土配制实验 (2) 实验二、回弹法检测混凝土的强度 (3) 实验三、超声法检测混凝土强度 (6) 实验四、综合法检测混凝土的强度 (9) 五、实验总结与分析 (11) 参考文献 (12)

学生实验守则 1.实验前必须预习有关实验指导书，了解实验内容、目的和方法， 并写出预习报告。否则，不得进行实验； 2.学生进入实验室，不得大声喧哗、打闹，应严格遵守实验室各项 制度； 3.实验室内各种仪器设备未经有关人员同意，不得任意动用； 4.使用仪器设备应严格遵守操作规程，发现异常现象立即停止使用， 并及时向指导教师报告。因违反操作规程（或未经允许使用）而造成设备损坏，按学校规定处理； 5.实验时应严肃认真，亲自动手，并及时记录和整理实验数据。实 验结束，应将实验结果交指导教师审阅； 6.实验完毕，应将仪器设备擦洗、整理，清扫地面，经指导教师同 意后，方可离开； 7.实验报告应及时完成，不得转抄他人结果，并按指定时间交给指 导教师批阅。

实验一、混凝土配制实验 实验条件：湿度51 %，温度25 ℃实验时间：2015 年 4 月 2 日 1. 实验目的: 制作强度为C45混凝土试块,为之后的强度检测实验做准备 2. 实验仪器: 搅拌机，磅秤，天平，台秤，拌板，拌铲，盛器等 3. 实验原材料： 1．配制 25 L混凝土材料用量: 水泥 9.92 kg 砂 13.60 kg 卵石 31.74 kg 水 4.25 kg 外加剂 g ( %) 水泥标号：42.5；石料最大粒径30㎜；砂表观密度2600㎏/ m3；石子表观密度2630㎏/m3； 2.普通混凝土配合比：水泥：砂：卵石：水=397:544:1270:170 3.砂率：30% 4.水胶比：W/B=aa×?b/(?cu,0＋aa×ab×?b)=0.43 4. 试验方法: 1．根据计算所得的配合比配置25L混凝土并拌合 2．将配制好的混凝土装模,在振动台上振实成型 3．将成型后试件编号并静置,一天后进行拆模将混凝土试块放入标准养护室中养护28d

声速测量实验报告

大学物理实验课教案 俸永格（136********） 教学题目：声速的测量 教学对象：10级电子信息班、10动医学班、10级农机班、10级植保班。授课地点：海南大学基础实验楼2610室。 教学重点：让学生了解测量超声波在媒介中传播速度的实验设计思想和实验方法。 教学难点：让学生熟练掌握双踪示波器、SV5/7测试仪、SV8信号源的协调使用并完成两正交信号相位差的多次测量。 一实验目的： （1）加深对驻波及振动合成等理论知识的理解， （2）掌握用驻波法、相位法测定超声波在媒介中的传播速度， （3）了解压电换能器的工作原理，进一步熟悉示波器的使用方法提高运用示波器观测物理参数的综合运用能力。 二实验仪器： GW-680双踪示波器一台，SV8信号发生器一台,SV7测试仪一台，同轴电缆若干。 三实验原理 声波是一种在弹性媒质中传播的纵波。对超声波（频率超过2×104Hz的声波）传播速度的测量在国防工业、工业生产、军事科学与医疗卫生各领域都具有重大的现实意义。实验室常用驻波法和相位法进行测量。 （一）驻波法测量声速基本原理 如图所示为两列同频率、同振幅、振动方向平行且相向传波的机械波在媒介中形成的驻波波形，其波腹间距与波节间距均为半个波长。通过对波腹（节）

间距X的测量便可实现对波长λ的间接测量，结合对驻波谐振频率f的测量便可间接求算声波的传播速度v。 v = λ×f λ=2X v = 2X×f 原理图示1（驻波法原理图） （二）相位法测量声速基本原理 请同学们自行完成！要求体现以下两个方面的内容！ （1）简谐振动正交合成的基本原理， （2）利用李萨如图形的相位差特点间接测量声速的基本原理。 四实验内容与步骤 （一）驻波法测声速 实验连线图示1（驻波法） （1）了解测试仪的基本结构，调节两个换能器的间距5cm左右。 （2）初始化示波器面板获得扫描线。 （3）按图示1正确连线，将示波器的扫描灵敏度与通道1垂直灵敏度旋钮分别调至适当档位，缓慢顺时针方向转动换能器平移鼓轮至驻波波腹位置

超声波测声速汇总

超声波测声速 声波是一种在弹性介质中传播的机械波,它是纵波,其振动方向与传播方向一致.声速是描述声波在介质中传播特性的一个基本物理量,它与介质的特性及状态因素有关,因而通过介质中声速的测定,可以了解介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。 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.超声波的传播速度就是声波的速度.由于超声波具有波长短、易发射、能定向传播等优点,在超声波段进行声速测量是比较方便的. 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。 [实验目的] 1.学习相位比较法测定声速的原理及方法.加深对振动合成等理论知识的理解 2.了解压电换能器的工作原理和功能,进一步熟悉信号发生器、示波器的使用 3.练习使用逐差法处理数据 [实验仪器] 声速测定组合仪,信号发生器,示波器 声速测量仪： 由发射器、接收器、游标卡尺组成。当一交变正弦电压信号加在发射器上时，由于压电晶片的逆压电效应，产生机械振动发生超声波。可移动的接收器，将接收的声振动转化为电振动信号输至示波器。接收器的位置由游标卡尺读数确定。 图1. 声速测量仪 使用方法：

左击或右击换能器，可以改变换能器面与水平方向的夹角。按下右边换能器的拖动，可以改变两个换能器之间的的距离。点击或按下窗体中上部的微调按钮，可以缓慢改变两个换能器之间的距离。 信号发生器： 图2. 信号发生器 它是一种多功能信号发生器，可以输出正弦波、方波、三角波三种波形的交变信号，信号频率范围为10Hz—2000kHz，既可分档调节，又可连续调节。信号幅度可连续调节。 1．频率显示窗口：显示输出信号的频率或外测频信号的频率，用五位数字显示信号的频率，且频率连续可调（输出信号时）。 2．幅度显示窗口：显示函数输出信号的幅度，由三位数字显示信号的幅度。 3．输出波形，对称性调节旋钮（SYM）：调节此旋钮可改变输出信号的对称性。当电位器处在关闭或者中心位置时，则输出对称信号。输出波形对称调节器可改变输出脉冲信号空度比，与此类似，输出波形为三角或正弦时可使三角波调变为锯齿波, 正弦波调变为正与负半周分别为不同角频率的正弦波形，且可移相180?。（仿真实验中使用方法：右键单击进行顺时针旋转，左键打击进行逆时针旋转。） 4．速率调节旋钮（WIDTH）：调节此电位器可以改变内扫描的时间长短。在外测频时，逆时针旋到底（绿灯亮），为外输入测量信号经过低通开关进入测量系统。 5．扫描宽度调节旋钮（RATE）：调节此电位器可调节扫频输出的扫频范围。在外测频时，逆时针旋到底（绿灯亮），为外输入测量信号经过衰减“20dB”进入测量系统。 6．外部输入插座（INPUT）：当“扫描/计数键”（13）功能选择在外扫描外计数状态时，外扫描控制信号或外测频信号由此输入。 7． TTL信号输出端（TTL OUT）：输出标准的TTL幅度的脉冲信号，输出阻抗为600Ω。 8．函数信号输出端：输出多种波形受控的函数信号，输出幅度20Vp–p（1MΩ负载）,10Vp–p (50Ω负载)。

声速的测定实验报告

声速的测定实验报告 1、实验目的 （1）学会用驻波法和相位法测量声波在空气中传播速度。 （2）进一步掌握示波器、低频信号发生器的使用方法。 （3）学会用逐差法处理数据。 2、实验仪器 超声声速测定仪、低频信号发生器DF1027B 、示波器ST16B 。 3、实验原理 3．1 实验原理 声速V 、频率f 和波长λ之间的关系式为λf V =。如果能用实验方法测量声波的频率f 和波长λ，即可求得声速V 。常用的测量声速的方法有以下两种。 3．2 实验方法 3．2．1 驻波共振法（简称驻波法） 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相干涉而形成驻波。当波源的 频率和驻波系统的固有频率相等时，此驻波的振幅才达到最大值，此时的频率为共振频率。 驻波系统的固有频率不仅与系统的固有性质有关，还取决于边界条件，在声速实验中， S 1、S 2即为两边界，且必定是波节，其间可以有任意个波节，所以驻波的共振条件为： Λ Λ3,2,1,2 ==n n L λ （1） 即当S 1和S 2之间的距离L 等于声波半波长的整数倍时，驻波系统处于共振状态，驻波振幅最大。在示波器上得到的信号幅度最大。当L 不满足（1）式时，驻波系统偏离共振状态，驻波振幅随之减小。 移动S 2，可以连续地改变L 的大小。由式（1）可知，任意两个相邻共振状态之间，即 S 2所移过的距离为： () 22 2 11λ λ λ = ? -+=-=?+n n L L L n n （2） 可见，示波器上信号幅度每一次周期性变化，相当于L 改变了2λ。此距离2λ 可由超声声速测定仪上的游标卡尺测得，频率可由低频信号发生器上的频率计读得，根据f V ?=λ，就 可求出声速。 3．2．2 两个相互垂直谐振动的合成法（简称相位法） 在示波器荧光屏上就出现两个相互垂直的同频率的谐振动的合成图形——称为李沙如图形。其轨迹方程为： ()()φφφφ122122122 12 2-=-- ???? ??+???? ??Sin Cos A A XY A Y A X （5） 在一般情况下，此李沙如图形为椭圆。当相位差 12=-=?φφφ时，由（5）式，得 x A A y 12=，即轨迹为一条处在于第一和第三象限的直线[参见图16—2(a)]。

测量物体速度的几种方法

1 测量物体速度的几种方法 测量物体速度的方法很多，不仅可以利用电磁打点计时器和电流表，还可以利用多种脉冲信号（如：超声波脉冲、电磁脉冲、光电脉冲或激光扫描信号），还可以利用共振、干涉原理、多普勒效应等九种方法进行测量，现介绍如下. 一、 利用电磁打点计时器或电流表测量物体速度 利用电磁打点计时器测量物体速度是中学物理中最常见的，本文不再介绍；但利用电流表测量物体速度很多同学还比较陌生，现举例说明. 例1 如图1所示，变阻器滑动触头P 与某一运动的物体相连，当P 匀速滑动时，电流表就有一定的示数，从电流表的读数可得运动物体的速度.已知电源电动势E=6V ，内阻r=10Ω,AB 为粗细均匀的电阻丝，阻值R=50Ω，长度L=50cm,电容器的电容C=100F μ.某次测量电流表的读数为I=0.10mA ，方向由M 流向N ，求运动物体的速度v . [解析]由分压原理得AB 两端电压AB U = R E R r +，① AB 单位长度上的电压为AB U U L ?=，② 设t ?（极短）时间内，电容器两极板间电压的变化量和 极板上电荷的变化量分别为Uc ?和Q ?，则 Uc U v t ?=????，③ 图1 Q ?=Uc ?·C ，④ 电容器上充（放）电的电流为Q I t ?= ?.⑤ 解①-⑤得()R r L v I REC +=.⑥ 将已知数据代入⑥得v =0.1m/s.根据题目“电流表中的电流方向由M 流向N ”可知，该过程为电容器充电过程，则物体由B 向A 运动. 从⑥可以看出()R r L v I REC +=∝I ，可见电流表的读数与物体的速度成正比.当电流表用做测速时，它的刻度是均匀的. 二、 利用多种脉冲信号（如：超声波脉冲、电磁脉冲或光电脉冲信号）测量物体速度 1、利用超声波脉冲信号测量物体速度（例如：超声波测速仪、水声测位仪（声纳）） 例2(2001·上海) 如图2所示，图A 是高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图，测速仪发出并接收超声波脉冲信号.根据发出和接收的信号间的时间差，测出被测物体的速度.图B 中P 1、P 2是测速仪发出的超声波信号，n 1、n 2分别是P 1、P 2由汽车反射回来的信号.设测速仪匀速扫描，P 1、P 2之间的时间间隔Δt 0=1.0s,超声波在空气中传播速度是v 0=340m/s,若汽车是匀速行驶的，则根据图B 可知，汽车在接收到P 1、P 2两个信号之间的时间内前进的距离是__m,汽车的速度是__m/s.

大学物理仿真实验实验报告 超声波测声速

大学物理仿真实验实验报告 试验日期： 实验者： 班级： 学号： 超声波测声速 一实验原理 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： ( n =0,1,2,3……) 的各点振幅最小，称为波节，对应的位置： ( n =0,1,2,3……) 二实验仪器 1）声速的测量实验仪器 包括超声声速测定仪、函数信号发生器和示波器 2）超声声速测定仪 主要部件是两个压电陶瓷换能器和一个游标卡尺。 3）函数信号发生器 提供一定频率的信号，使之等于系统的谐振频率。 4）示波器 示波器的x, y轴输入各接一个换能器，改变两个换能器之间的距离会影响示波器上的图形。并由此可测得当前频率下声波的波长，结合频率，可以求得空气中的声速。 三实验内容 1．调整仪器使系统处于最佳工作状态。 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f 0保持一致。 三 数据记录与处理 1． 基础数据记录 谐振频率=33.5kHz 2． 驻波法测量声速 表1 驻波法测量声速数据 i 1i （cm ） i+6 1i+6（cm ） λi = (1i+6-1i ) /3（cm ） 1 9.060 7 12.232 1.057 2 9.574 8 12.774 1.067 3 10.122 9 13.316 1.065 4 10.652 10 13.820 1.056 5 11.178 11 14.352 1.058 6 11.700 12 14.846 1.048 λ的平均值：==∑=6 1 61i i λλ 1.0585（cm ） λ的不确定度： ) 1()(6 1 2 --= ∑=i i S i i λλ λ＝0.002（cm ） 因为，λi = (1i+6-1i ) /3，Δ仪=0.02mm 所以，＝仪?= 3 32λu 0.000544（cm ） =+=22λ λλσu S 0.021（mm ） 计算声速： 50.354==λυf （m/s ） 计算不确定度： (m/s) 3)()((kHz) 2.03 %122=+==?= f f f f λσσσσλυ 实验结果表示：υ=（354±3）m/s ，=0.8% 3． 相位比较法测量声速 表2 相位比较法测量声速数据（相位变换2π） i 1i （cm ） i+7 1i+7（cm ） λi = (1i+7-1i )/7（cm ） 谐振频率 1 8.16 2 8 15.926 1.109 f=32.0kHz 2 9.282 9 17.050 1.110

实验报告超声波

袂四川大学实验报告书 羁课程名称：实验名称：超声波探伤实验 专业：班号：姓名：学号： 蕿系别： 肅实验日期：2013年3月10日同组人姓名：教师评定成绩： 芃一、实验名称 蚃超声波探伤实验 莈二、实验目的 荿1.了解探伤仪的简单工作原理 蚄2.熟悉超声波探伤仪、探头和标准试块的功用 膁3.了解有关超声波探伤的国家标准 莁4.掌握超声波探伤的基本技能 葿三、主要实验仪器 肅CTS-22型超声波探伤仪试块探头直尺机油 袃四、实验原理

A 型脉冲反射式超声波探伤仪，仪器屏横坐标表示超声波在工件中的传播时 膀实验中广泛应用的是 间（或传播距离）纵坐标表示反射回波波高。根据光屏上缺陷波的位置和高度，可以确定缺陷的位置和大小。 A 型脉冲式超声波探伤仪的工作原理：电路接通后，同步电路产生同步脉冲信号，同时触发发射、扫描电路。发射电路被触发后产生高频脉冲作用于探头，通过探头的逆电压效应将电信号转换为声信号，发射超声波。超声波在遇到异质界面（缺陷或底面）反射回来呗探头吸收。通过探头的正电压效应将信号转换为电信号，并送至放大电路呗放大检波，然后加到荧光屏垂直偏转板上，形成重叠的缺陷波 F 和底波B。扫描电路被处罚后产生锯齿波，加到荧光屏水平偏转板上，形成一条扫描亮线，将缺陷波 F 和底波B按时间展开。其工作原理图如下图所示： 薈五、实验内容与步骤 蒆一．超生波探伤仪的使用、仪器性能的测定、仪器与直探头综合性能测定 莁实验要求： 1. 掌握仪器主要性能：水平线性、垂直线性和动态范围的测试方法； 罿 2. 掌握仪器和直探头主要综合性能：盲区、分辨力、灵敏度余量的测试方法。 蚈背景知识: 蚃1. 仪器的主要性能： 肃 A. 水平线性仪器荧光屏上时基线水平刻度值与实际声程成正比的程度。 蚈 B. 垂直线性仪器荧光屏上的波高与输入信号幅度成正比的程度。 螈 C. 动态范围指反射信号从垂直极限衰减到消失所需的衰减量。 肄 2. 仪器与探头的主要综合性能： 蒁 A. 盲区从探侧面到能发现缺陷的最小距离成为盲区，其内缺陷不能发现。 螁 B. 分辨力在荧光屏上区分距离不同的相邻两缺陷的能力。 袈 C. 灵敏度余量指仪器与探头组合后在一定范围内发现微小缺陷的能力。 蒅 D. 声束扩散角扩散角的大小取决于超声波的波长与探头晶片直径的大小。

超声波测车速练习(供参考)

超声波测车速 1如图（a），停在公路旁的公安巡逻车利用超声波可以监测车速：巡逻车上测速仪发出并接收超声波脉冲信号，根据发出和接收到的信号间的时间差，就能测出车速．在图（b）中，P1、P2是测速仪先后发出的超声波信号，n1 n2分别是测速仪检测到的P1、P2经反射后的信号．设 测速仪匀速扫描，P1与P2之间的时间间隔为0.9秒，超 声波在空气中传播的速度为340米/秒，假设被测汽车沿 直线匀速行驶． （1）图b中每小格表示的时间是s． （2）测速仪第一次发出的信号到被测汽车收到时，汽车距测速仪的距离是多少？ （3）测速仪第二次发出的信号到被测汽车收到时，汽车距测速仪的距离是多少？ （4）汽车的速度是多少m/s？ 2．高速公路上常用超声波测速仪来测量汽车速度。某次检测时，第一次发出信号到接收到超声波返回信号，用时0.4s，如图所示。第二次发出到接收到返回信号用时0.3s，两次发出信号时间间隔是1s。（假设超声波的速度为340m/s，且保持不变）求：（1）题目中被测汽车第一次接收到超声波时，汽车到超声波测速仪的距离S1是多少？（2）被测汽车两次接收到超声波的距离差S3是多少？（3）被测汽车的速度是多大？ 3.如图（a）所示，停在公路旁的公安巡逻车利用超声波可以监测车速：巡逻车上测速仪发出并接收超声波脉冲信号，根据发出和接收到的信号间的时间差，就能测出车速．在图（b）中，P1、P2是测速仪先后发出的超声波信号，n1 n2分别是测速仪检测到的P1、P2经反射后的信号．设测速仪匀速扫描，P1与P2之间的时间间隔为0.9秒，超声波在空气中传播的速度为340米/秒，则被测车的车速为（） A．20米/秒B．25米/秒C．30米/秒D．40米/秒 4．（2013?绍兴）交通部门常用测速仪检测车速。测速原理是测速仪前后两次发出并接受到被测车反射回的超声波信号，再根据两次信号的时间差，测出车速，如图甲。某次测速中，测速仪发出与接收超声波的情况如图乙所示，x表示超声波与测速仪之间的距离。则该被测汽车速度是（假设超声波的速度为340米/秒，且保持不变）（）D A．28.33米/秒B．13.60米/秒C．14.78米/秒D．14.17米/秒 5．测量员是这样利用回声测距离的：他站在峭壁之前某一位置鸣枪，经过1.00s听到回声，已知声速为340m/s，则测量员能测出他与峭壁间的距离为170m．与此类似，如图所示是在高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图，测速仪指向车辆发出超声波脉冲信号，并接收经车辆反射的超声波脉冲信号，根据发出和接收到的信号间的时间差，测出被测物体的速度．在某次测速过程中，超声波测速仪对某一汽车共发射两次信号，接收两次信号，

大学物理实验：超声声速测定

超声声速测定 声波特性的测量，如频率、波长、声速、声压衰减、相位等，是声波检测技术中的重要内容。特别是声速的测量，不仅可以了解媒质的特性而且还可以了解媒质的状态变化，在声波定位、探伤、测距等应用中具有重要的实用意义。例如，声波测井、声波测量气体或液体的浓度和比重、声波测量输油管中不同油品的分界面等等。 “声速的测量”是一个综合性声学实验。实验中采用压电陶瓷超声换能器通过驻波法（共振干涉法）和相位比较法测量超声波在空气中的传播速度，这是一个非电量电测方法的应用。通过这个实验可以重点学习如下内容：（1）实验方法：非电量的电测方法；测量声速的驻波法和相位比较法。（2）测量方法：利用示波器测量电信号的极大值和观察李萨如图形测量相位差的方法。（3）数据处理方法：求声波波长的逐差法。（4）仪器调整使用方法：双踪示波器和函数信号发生器的正确调节和使用方法。 【实验目的】 1.学习用驻波共振法和相位比较法测量超声波在空气中的传播速度。 2.了解压电换能器的功能。 3.学习用逐差法处理数据。 【实验仪器】 SVX-5型声速测试仪信号源、SV-DH系列声速测试仪、双踪示波器等

【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。 根据声波各参量之间的关系可知f ?=λυ,其中υ为波速, λ为波长,f 为频率。 图4-5-1共振法测量声速实验装置 在实验中,可以通过测定声波的波长λ和频率f 求声速。声波的频率f 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。 图4-5-2 相位比较法测量声速实验装置 1.相位比较法 实验装置接线如图4-5-2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，合成振动方程为：

超声波测距实验报告

电子信息系统综合设计报告 超声波测距仪

目录 摘要 (3) 第一章绪论 (3) 1.1 设计要求 (3) 1.2 理论基础 (3) 1.3 系统概述 (4) 第二章方案论证 (4) 2.1 系统控制模块 (5) 2.2距离测量模块 (5) 2.3 温度测量模块 (5) 2.4 实时显示模块 (5) 2.5 蜂鸣报警模块 (6) 第三章硬件电路设计 (6) 3.1 超声波收发电路 (6) 3.2 温度测量电路 (7) 3.3 显示电路 (8) 3.4 蜂鸣器报警电路 (9) 第四章软件设计 (10) 第五章调试过程中遇到的问题及解决 (11) 5.1 画PCB及制作 (11) 5.2 焊接问题及解决 (11) 5.3 软件调试 (11) 实验总结 (13) 附件 (14) 元器件清单 (14) HC-SR04超声波测距模块说明书 (15) 电路原理图 (17) PCB图 (17) 程序 (18)

摘要 该系统是一个以单片机技术为核心,实现实时测量并显示距离的超声波测距系统。系统主要由超声波收发模块、温度补偿电路、LED显示电路、CPU处理电路、蜂鸣器报警电路等5部分组成。系统测量距离的原理是先通过单片机发出40KHz 方波串，然后检测超声波接收端是否接收到遇到障碍物反射的回波，同时测温装置检测环境温度。单片机利用收到回波所用的时间和温度补偿得到的声速计算出距离，显示当前距离与温度，按照不同阈值进行蜂鸣报警。由于超声波检测具有迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制的特点，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在生产生活中得到广泛的应用，例如超声波探伤、液位测量、汽车倒车雷达等。 关键词：超声波测距温度测量单片机 LED数码管显示蜂鸣报警 第一章绪论 1.1设计要求 设计一个超声波测距仪，实现以下功能： (1)测量距离要求不低于2米； (2)测量精度±1cm； （3）超限蜂鸣器或语音报警。 1.2理论基础 一、超声波传感器基础知识 超声波传感器是利用晶体的压电效应和电致伸缩效应，将机械能与电能相互转换，并利用波的特性，实现对各种参量的测量。 超声波的传播速度与介质的密度和弹性特性有关，与环境条件也有关： 在气体中，超声波的传播速度与气体种类、压力及温度有关，在空气中传播速度为C=331.5+0.607t/0C (m/s) 式中，t为环境温度，单位为0C. 二、压电式超声波发生器原理 压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。 三、超声波测距原理 由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在空气中传播的距离较远，因而超声波

超声波测声速实验报告

实验名称：超声波测声速实验报告 一、实验目的 （1）、了解超声波的发射和接收方法。 （2）、加深对振动合成、波动干涉等理论知识的理解。 （3）、掌握用干涉法和相位法测声速。 二、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： ( n =0,1,2,3……) 的各点振幅最小，称为波节，对应的位置： ( n =0,1,2,3……) 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：φ=2∏x/λ，其中λ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。 三、实验仪器 超声声速测定仪：主要部件是两个压电陶瓷换能器和一个游标卡尺。函数信号发生器：提供一定频率的信号，使之等于系统的谐振频率。示波器：示波器的x, y轴输入各接一个换能器，改变两个换能器之间的距离会影响示波器上的李萨如图形。并由此可测得当前频率下声波的波长，结合频率，可以求得空气中的声速。 四、实验内容

1．调整仪器使系统处于最佳工作状态。 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。 五、实验数据及处理： f=34kHz; Vp-p=5V; L=3.976cm; 六、实验结论： 波长λ=1.0612cm; 由此声速经测算为v=（354±3）m/s; U=0.8% 七、思考题： 1．固定距离，改变频率，以求声速。是否可行？ 答：不行，由“v = f λ”，距离一定后使得波长无法计算。 2．各种气体中的声速是否相同？为什么？ 答：不同，因为不同气体的密度不同,声波在不同介质中波长改变,根据公式可得结论。 如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！

大学物理实验超声波速测量实验报告

大学物理实验超声波速测量实验报告 一实验目的 1.了解超声波的物理特性及其产生机制； 2.学会用相位法测超声波声速并学会用逐差法处理数据； 3.测量超声波在介质中的吸收系数及反射面的反射系数； 4.并运用超声波检测声场分布。 5.学习超声波产生和接收原理， 6.学习用相位法和共振干涉法测量声音在空气中传播速度，并与公认值进行比较。 7.观察和测量声波的双缝干涉和单缝衍射 二实验条件 HLD-SV-II型声速测量综合实验仪，示波器，信号发生仪 三实验原理 1、超声波的有关物理知识 声波是一种在气体。液体、固体中传播的弹性波。声波按频率的高低分为次声波（f＜20Hz）、声波（20Hz≤f≤20kHz）、超声波（f>20kHz）和特超声波（f≥10MHz），如下图。 声波频谱分布图 振荡源在介质中可产生如下形式的震荡波： 横波：质点振动方向和传播方向垂直的波，它只能在固体中传播。 纵波：质点振动方向和传播方向一致的波，它能在固体、液体、气体中的传播。 表面波：当材料介质受到交变应力作用时，产生沿介质表面传播的波，介质表面的质点做椭圆的振动，因此表面波只能在固体中传播且随深度的增加衰减很快。 板波：在板厚与波长相当的弹性薄板中传播的波，可分为SH波与兰姆波。

超声波由于其波长短、频率高，故它有其独特的特点：绕射现象小，方向性好，能定向传播；能量较高，穿透力强，在传播过程中衰减很小，在水中可以比在空气或固体中以更高的频率传的更远，而且在液体里的衰减和吸收是比较低的；能在异质界面产生反射、折射和波形转换。 2、理想气体中的声速值 声波在理想气体中的传播可认为是绝热过程，因此传播速度可表示为 μrRT =V (1) 式中R 为气体普适常量(R=)，γ是气体的绝热指数(气体比定压热容与比定容热容之比)，μ为分子量，T 为气体的热力学温度，若以摄氏温度t 计算，则：t T T +=0 K T 15.2730= 代入式(1)得， 00001V 1)(V T t T t T rR t T rR ++?+=＝＝μμ (2) 对于空气介质，0℃时的声速0V = m s 。若同时考虑到空气中的蒸汽的影响，校准后 声速公式为： s m p p T t w /)319.01)(1(45.331V 0++= (3) 式中w p 为蒸汽的分压强，p 为大气压强。 3、共振干涉法 设有一从发射源发出的一定频率的平面声波，经过空气传播，到达接收器，如果接收面与发射面严格平行，入射波即在接收面上垂直反射，入射波与反射波相干涉形成驻波，反射面处为位移的波节。改变接收器与发射源之间的距离l ，在一系列特定的距离上，媒质中出现稳定的驻波共振现象。此时，l 等于半波长的整数倍，驻波的幅度达到极大；同时，在接收面上的声压波腹也相应地达到极大值。不难看出，在移动接收器的过程中，相邻两次达到共振所对应的接收面之间的距离即为半波长。因此，若保持频率 v 不变，通过测量相邻两次接收信号达到极大值时接收面之间的距离(2/λ)，就可以用λv =V 计算声速。 声压变化与接收器位置的关系：

超声波测速

12 =12×s=0.4s= =9×s=0.3s=vt -t+t v==17.9m/s. 超声波测速 超声波测速 适合作流动物质中含有较多杂质的流体的流速测量，超声多普勒法只是其中一种，还有频差法和时差法等等。 时差法测量沿流体流动的正反两个不同方向发射的超声播到达接收端的时差。需要突出解决的难题是这种情况下，由于声速参加运算（作为分母，公式不好写，我积分不够没法贴图），而声速收温度的影响变化较大，所以不适合用在工业环境下等温度变化范围大的地方。 频差法是时差法的改进，可以把分母上的声速转换到分子上，然后在求差过程中约掉，这就可以避开声速随温度变化的影响，但测频由于存在正负1误差，对于精度高的地方，需要高速计数器。 还有就是回鸣法了，可以有效改进由于计数器正负1误差带来的测量误差。 以上这些东东都是关于流体的流速的超声测量方法。对于移动物体的速度测量多采用超声多谱勒法。 根据声学多普勒效应，当向移动物体发射频率为F的连续超声波时，被移动物体反射的超声波频率为f，f 与F服从多普勒关系。如果超声发射方向和移动物体的夹角已知，就可以通过多普勒关系的v,f,F,c表达式得出物体移动速度v。 设超声波速度为V两次发出超声波的时间间隔为T第一次用时为T1第二次为T2则车速为V1=V×（T2-T1）/T（以上数据均可测出） 超声波测速仪测量车速，图B中P1、P2是测速仪发出的超声波信号，n1，n2... 如图所示，图A是在高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图，测速仪发出并接收超声波脉冲信号，根据发出和接收到的信号间的时间差测出被测物体的速度。图B中P1、P2是测速仪发出的超声波信号，N1、N2分别是P1、P2由汽车反射回来的信号。设测速仪匀速扫描，

超声实验实验报告

近代物理实验实验报告 超声实验 何昊东工物50 指导老师：王合英2017-3-9 【摘要】: 超声学是一门主要研究超声的产生方法和探测技术、超声在介质中的传播规律、 超声与物质的相互作用，包括在微观尺度的相互作用以及超声的众多应用的学科。本实验利用超声在介质中的传播规律测量了超声探头的延迟时间、横波在不同介质中传播的折射角和纵、横波在不同介质中的传播速度，并利用测量得到的传播速度求出了不同介质的弹性模量和泊松比。最后利用超声测距的原理模拟了超声水下勘测，了解了超声在水下勘测和医疗中的作用。 关键词: 超声水下勘测弹性模量 一、引言 超声的研究和发展与媒质中超声的产生和接收的研究密切相关。 自1883年人类首次制成超声气哨，这一类机械型超声换能器在不断改进后至今仍广泛地应用于流体媒质的超声应用当中。 20世纪初，随着电子学的发展人们发现了一些晶体材料的压电效应和磁致伸缩效应，1917年，法国人朗之万利用天然石英晶体制成了第一个夹心式超声换能器用来探查海底的潜艇。随着军事和国民经济各部门中超声应用的不断发展，又出现更大超声功率的磁致伸缩换能器，以及各种不同用途的电动型、电磁力型、静电型换能器等多种超声换能器。 随着材料科学的发展，机电耦合系数高、价格低廉、性能良好的压电陶瓷、人工压电单晶、压电半导体以及塑料压电薄膜等材料的出现使得产生和检测超声波的频率，由几十千赫提高到上千兆赫，波型也由单纯的纵波扩大为横波、扭转波、弯曲波、表面波等。超声学的一个发展方向便是不断的提高超声的频率，利用超高频超声声子来进行物质结构方面的等基础研究。 同时，近10年来随着计算机图像学的迅猛发展，超声由于其具有的对身体无创伤，机器技术门槛低，检查费用低廉等优势，超声诊断也随之发展起来，并被广泛地应用于工业机械探伤和医疗诊断方面。此外，超声洁牙器、超声洗碗机等产品也相继问世。超声技术已经