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驻波法测声速实验报告.doc

驻波法测声速实验报告.doc

上传者: 胡Bernice 2017-10-13 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《驻波法测声速实验报告doc》,可适用于综合领域,主题内容包含驻波法测声速实验报告驻波法测量声速驻波法测量声速声波是一种在弹性媒质中传播的机械波频率低于Hz的声波称为次声波频率在Hz,KHz的声波可以被人听到称符等。

驻波法测声速实验报告驻波法测量声速驻波法测量声速声波是一种在弹性媒质中传播的机械波频率低于Hz的声波称为次声波频率在Hz,KHz的声波可以被人听到称为可闻声波频率在KHz以上的声波称为超声波。超声波在媒质中的传播速度与媒质的特性及状态因素有关。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。声速测定在工业生产上具有一定的实用意义。一、实验内容、用驻波法测定空气中的声速。、用李萨茹图形的变化观测位相差。、了解时差法测定超声波的传播速度。二、实验仪器SVX型声速测试仪信号源SVDH系列声速测试仪实验装置三、预备知识介绍声波频率介于Hz,kHz的机械波振动在弹性介质中的传播就形成声波介于kHz,MHz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KHz,kHz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。压电陶瓷换能器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:EgT,即力电称为正压电效应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:SdU即电力称为逆压电效应。其中g为比例系数d为压电常数与材料的性质有关。由于E与TS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变成压电材料纵向的长度伸缩使压电陶瓷片成为超声波的波源。即压电换能器可以把电能转换为声能作为超声波发生器反过四、实验原理根据声波各参量之间的关系可知f,其中为波速,λ为波长,频率。在实验中,可以通过测定声波的波长λ和频率ff为求声速。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则常用共振干涉法(驻波法)和相位比较法(行波法)来测量。图实验装置共振干涉(驻波)法测声速实验装置接线仍如图所示使S发出一平面波。S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。S在接收超声波的同时还反射一部分超声波。这样由S发出的超声波和由S反射的超声波在S和S之间产生定域干涉。当S和S之间的距离L恰好等于半波长的整数倍时即k=形成驻波共振。任意两个相邻的共振态之间S的位移为所以当S和S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和S之间的距离改变了由信号发生器读得由相位比较法f。此距离可由读数标尺测得频率f即可求得声速。实验装置接线如图所示置示波器功能于X,Y方式。当S发出的平面超声波通过媒质到达接收器S合成振动方程为:在发射波和接收波之间产生相位差:见图椭圆图合成振动改变S和S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荧光屏上的图形也随L不断变化。显然当S、S之间距离改变半个波长L则,。五、实验步骤声速测试仪系统的连接与调试接通电源信号源自动工作在连续波方式选择的介质为空气的初始状态预热min。声速测试仪和声速测试仪信号源及双踪示波器之间的连接如图所示。)测试架上的换能器与声速测试仪信号源之间的连接信号源面板上的发射端换能器接口(S)用于输出相应频率的功率信号接至测试架左边的发射换能器(S)仪器面板上的接收端的换能器接口(S)请连接测试架右边的接收换能器(S)。)示波器与声速测试仪信号源之间的连接信号源面板上的发射端的发射波形(Y)接至双踪示波器的CH(X)用于观察发射波形信号源面板上的接收端的接收波形(Y)接至双踪示波器的CH(Y)用于观察接收波形。共振频率的调试测量(详细操作见实验室的说明书)只有当换能器S和S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S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(mV,mV之间)调节信号频率(在,kHz)观察频率调整时接收波的电压幅度变化在某一频率点处(,kHz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S、S相匹配的频率点记录频率νi改变S和S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次取平均值。干涉法(驻波法)测量波长(详细操作见实验室的说明书))按图所示连接好电路)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S移近S处依次记下各振幅最大时的读数标尺位置L、L共个值)记下室温t)用逐差法处理数据。用相位比较法(李萨如图形)测量波长(详细操作见实验室的说明书))将测试方法设置到连续波方式连好线路把声速测试仪信号源调到最佳工作频率f。)调节示波器:把“扫描时间”旋扭旋至“XY”方式篇二:实验报告声速的测定实验报告声速的测定驻波法测声速吴雨桥级弘毅班物理科学与技术学院本实验利用超声波采用驻波法来测定空气中的声速。【实验目的】()学会用驻波法测定空气中的声速。()了解压电换能器的功能熟悉低频信号发生器和示波器的使用。()掌握用逐差法处理实验数据。【实验器材】声波驻波仪、低频信号发生器、数字频率计、毫伏表、示波器、屏蔽导线。【仪器介绍】声波驻波仪如图所示在量程为cm的游标尺的量爪上相向安置两个固有频率相同的压电换能器。移动游标及借助其微动装置就可精密地调节两换能器之间的距离L。压电换能器是实现声波(机械振动)和电信号相互转换的装置它的主要部件是压电陶瓷换能片。当输给一个电信号时换能器便按电信号的频率做机械振动从而推动空气分子振动产生平面声波。当它受到机械振动后又会将机械振动转换为电信号。压电换能器S作为平面声波发射器电信号由低频信号发生器供给电信号的频率读数由数字频率计读出压电换能器S作为声波信号的接收器被固定于游标尺的附尺上转换的电信号由毫伏表指示。为了在两换能器的端面间形成驻波两端面必须严格平行。【实验原理】声波是一种在弹性媒质中传播的机械波它和声源振动的频率f、波长λ有如下关系:v=fλ如果已知声源振动的频率f只要测定声波在空气中的波长λ即可由上式求得空气中的声速。本实验采用驻波法测定声波在空气中的波长λ。两列振幅相同传播方向相反的相干波叠加形成驻波它不受两个波源之间距离等条件的限制。驻波的强度和稳定性因具体条件的不同有很大差异。只有当波源的频率和驻波系统的固有频率相等时驻波振幅才达到最大值该现象称为驻波共振。改变S、S端面之间的距离L当S、S端面之间的距离L恰好等于超声波半波长的整数倍时即L=nλ(n=,,„)在S、S之间的介质中出现稳定的驻波共振现象此时逐波振幅达到最大同时在接受面上的声压波腹也相应的达到极大值转化为电信号时电信号的幅值也会到达极大值。因此连续移动S增大S与S的间距L每当L满足L=nλ(n=,,„)时毫伏表显示出电压最大值记录这些S的坐标(由游标卡尺直接读数)则两个相邻读数之差即为半波长λ。另外由频率计可以监测到频率f就可计算出声速v。t等于任一温度时声波在理想气体中的传播速度为v=v式中v=m它为时的声速t为摄氏温度。由上式可以计算出t等于任意温度时声波在理想气体中的传播速度。【实验内容】()仪器接线柱连接。用屏蔽导线将压电换能器S的输入接线柱与低频信号发生器的输出接线柱连接用屏蔽导线将压电换能器S的输出接线柱与毫伏表的输入接线柱连接再将低频信号发生器的输出端与数字频率计的输入端相连。()接通仪器电源使仪器预热min左右并置好仪器的各旋钮。毫伏表的量程开关先置于V档然后根据情况随时调节。()移动游标卡尺的附尺使得换能器S与换能器S接近但不要接触。将低频信号发生器的频率调节旋钮由低端到高端非常缓慢的旋转并观察毫伏表的指示变化当指示数值达到最大时此时信号频率即为换能器谐振频率f在实验中应保持f不变。此步的目的在于找到一个谐振频率使换能器工作在谐振状态从而提高测量灵敏度。()极缓慢的调节游标尺的附尺使换能器S极其缓慢的离开换能器S同时仔细观察毫伏表上的读数当出现一个较大的指示数时便紧固游标尺上的螺钉随后旋转下面的螺母进行微调使毫伏表的读数达到最大值即为波节处记录游标尺示数x频率f然后逐渐增大x依次记录后个波节的位置xn及相应的频率fn填入表中用逐差法处理数据求出f平均值。【实验数据及数据处理】V测=f平均*λ平均=mV理=vE=|V测V理|V测=m*=【误差分析】系统误差:绝对水平是达不到的故两个压电换能器之间的平行必有误差。游标卡尺有测量的精度限制精确度上有误差。数字频率计的精确度低且在同一测量位置其随时间会发生变化。室温测量的精确度低。随机误差(转载于:wWWxIElwCOM写论文网:驻波法测声速实验报告):游标卡尺读数有估读造成误差。数字频率计及室温测量的示数随时间变化。无法精确看出何时电压表示数最大。【习题】空气是声波的波疏介质声波在从波疏介质传到波密介质反射时发生半波损失在反射面处形成波节。故只有测量波节之间的距离才是驻波。不可以。v=vλ平均=l平均v=fλl’=cmmm,t’=t==可见该仪器对于温度变化太不敏感不可用作温度测量仪。篇三:声速测定实验报告实验空气中声速的测定数据表格及处理(参考内容)(一)驻波法用逐差法处理数据表一驻波法测声速声波频率f=kHz次序Lim次序Li(m)LiLi(m)平均值LiLi(m)几个计算公式:()平均值标准偏差SLiLiuli()ml(游标卡尺的分度值m=mm)li()逐差法uLiLi()合成不确定度uf()muLiLiSLiLiuLiLi(其中mff示值)()声速测量的平均值及不确定度VfLiLiEVuVEVVVVuV(二)相位法(参考驻波法)〔注意事项〕(调节仪器时应严格按照教师或说明书的要求进行以免损坏仪器。(测量过程中仔细将频率调整到压电换能器的谐振频率。(实验中采用累加放大法测量。(实验完毕必须整理好实验台和实验仪器。〔数据记录与处理〕(基础数据记录谐振频率f=kHz室温。(驻波法测量声速λ的平均值:λ的不确定度:ii(cm)(Sii)i(i),(cm)因为λi=(ii)Δ仪=mm所以u仪,(cm)Su(mm)计算声速:f(ms)计算不确定度:ff(kHz)f(f)()(ms)实验结果表示:温度t=时υ=()msB=(相位比较法测量声速λ的平均值:λ的不确定度:ii(cm)(Sii)i(i),(cm)因为λi=(ii)Δ仪=mm所以u仪,(cm)Su(mm)计算声速:f(ms)计算不确定度:ff(kHz)f(f)()(ms)实验结果表示:温度t=时υ=()msB=

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