超声波传播速度的测量.doc

超声波传播速度的测量是声学实验中的一个重要环节，主要涉及声波的基本特性、压电陶瓷换能器的工作原理以及声速的两种测量方法——相位比较法和共振干涉法。下面将详细阐述这些知识点。 首先，声波是频率在20Hz至20kHz之间的机械波，而超声波则是频率高于20kHz的声波，具有波长短、易于定向发射和会聚等特性。在声速实验中，通常选用20kHz至60kHz的超声波，这是因为在这个频率范围内，压电陶瓷换能器作为声波发射器和接收器的效果最佳。压电陶瓷换能器由压电陶瓷片和不同金属组成，压电陶瓷材料在极化处理后具有正压电效应，即力可以转化为电，同时电也可以转化为力。这种特性使得压电换能器能够将电能转化为声能，用于发射超声波，同时也能将接收到的声能转化为电能，作为接收器使用。压电陶瓷换能器分为纵向、径向和弯曲振动换能器，根据其振动方式的不同，它们在不同应用中发挥着作用。 测量超声波传播速度有两种常见方法。第一种是相位比较法，也称行波法。在这种方法中，通过测量声波的波长λ和频率f，利用公式v=λf计算声速。通过调整发射器和接收器的距离L，观察示波器上李萨如图形的变化，当L为半个波长的整数倍时，波长可被确定，结合频率即可计算声速。 第二种方法是共振干涉法，即驻波法。在这种方法中，发射器S1发出的超声波与接收器S2反射的超声波在S1和S2之间形成定域干涉，形成驻波。当S1和S2的距离L等于半波长的整数倍时，会出现共振现象。通过连续改变S1和S2之间的距离并观察示波器上信号幅度的周期性变化，可以确定波长，进而计算声速。 在实验操作中，需要正确连接声速测试仪系统，包括信号源、换能器和示波器，并进行谐振频率的调试，确保发射和接收换能器的平行状态，以便得到清晰的接收波形。实验步骤包括系统的连接、谐振频率的调试、距离的调整以及数据的记录和分析。 通过这个实验，不仅可以测量超声波的传播速度，还可以深入理解压电陶瓷换能器的工作原理，以及超声波在弹性介质中的传播特性。这些知识对于理解超声波在医学成像、无损检测、材料科学等领域中的应用至关重要。