实验37 超声波测声速 实验目的 实验仪器 1．了解超声换能器的工作原理和功能； 2．学习不同方法测定声速的原理和技术； 实验37 超声波测声速 实验目的 1．了解超声换能器的工作原理和功能； 2．学习不同方法测定声速的原理和技术； 3．熟悉测量仪和示波器的调节使用； 4．测定声波在空气及水中的传播速度。 实验仪器 1．超声实验装置 2． ZKY—SS型声速测定实验仪 3．双踪示波器

实验原理 1.声波 机械波 测量重要性 2.声波测量原理 原理 方法 共振干涉法、相位比较法 时差法

实验原理 1、共振干涉(驻波)法测声速 声波频率已知。 到达接收器的声波，一部分被接收并在接收器电极上有电压输出，一部分被向发射器方向反射。这两列反向传播的同频率波干涉将形成驻波，任何两个相邻波腹(或两个相邻波节)之间的距离都等于半个波长。 改变两只换能器间的距离，同时用示波器监测接收器上的输出电压幅度变化，可观察到电压幅度随距离周期性的变化。 相邻两次最大电压之间的位置差的绝对值应等于声波波长的二分之一。

实验原理 2、相位比较(行波)法测声速 当接收器和发射器的距离变化等于一个波长时，则发射与接收信号之间的相位差也正好变化一个周期(即ΔΦ=2π)，相同的图形就会出现。所以，当准确观测相位差变化一个周期时接收器移动的距离，即可得出其对应声波的波长λ，再根据声波的频率，即可求出声波的传播速度 ΔΦ= 3π/2 相位差不同时的李萨如图形 ΔΦ= 0 ΔΦ= π/4 ΔΦ= π/2 ΔΦ= 3π/4 ΔΦ= π ΔΦ= 5π/4 ΔΦ= 7π/4

实验原理 3、时差法测量声速 若以脉冲调制正弦信号输入到发射器，使其发出脉冲声波，经时间t后到达距离L处的接收器。接收器接收到脉冲信号后，能量逐渐积累，振幅逐渐加大，脉冲信号过后，接收器作衰减振荡。t可由测量仪自动测量。测出L后，即可由V=L／t计算声速。亦可由示波器定性观察。 t 接收波 时差的测量 发射波

实验内容与步骤 记录数据并处理 1. 开机预热15分钟 2. 将实验仪器按图连接 3. 将换能器调到最佳工作点 1. 开机预热15分钟 2. 将实验仪器按图连接 3. 将换能器调到最佳工作点 4. 用 共振干涉法 测量 空气 中的声速 5. 用 相位比较法 测量 空气 中的声速 6. 用 时差法 测量 空气 中的声速 7. 用 相位法 测量 水 中的声速 8. 用 时差法 测量 水 中的声速 记录数据并处理

思考题及注意事项 水中的声速只能用两种方法（相位比较法和时差法），为什么不能用共振干涉法？ 在空气中和水中测量声速时，发射和接收增益是不同的，为什么？ 3. 三种测量方法对发射信号形式有何不同要求？ 4. 用相位比较法和共振干涉法测量波长时有什么区别？ 5. 用相位比较法测量空气中和水中的声速时有什么区别？