(9.1.3)--声速测定大学物理实验.pptVIP

**石英的用途：晶振、表面波器件，微型压电器件**声速的测定前言声波是机械波，按频率可分为次声波、可闻声波和超声波。声波的分类次声波是频率低于20赫兹的声波，人耳听不到，但可与人体器官发生共振，7~8Hz的次声波会引起人的恐怖感，动作不协调，甚至导致心脏停止跳动。可闻声波是频率在16~20KHz之间，能为人耳所闻的机械波。蝙蝠能发出和听见超声波。超声波是高于20KHz的机械波。前言声波特性测量的意义声波特性的测量，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。超声波的产生机制电磁振动磁致伸缩效应铁磁体在被外磁场磁化时，其体积和长度将发生变化的现象压电效应静电引力其它形式的机械振动声速测定的方法1.测量声速最简单、最有效的方法之一是利用公式实验室中常用振幅法、相位法测定波长λ，由信号发生器或示波器直接读出频率f。测出声振动频率f和声波的波长λ，就可算出声波的波速v。2.如果测得声波在媒质中t时间内传播的距离为L，则声速为时差法实验目的了解压电陶瓷换能器的功能了解超声波产生和接收的原理学会用共振干涉法和相位比较法测定声速学会用时差法测定声速*?实验原理超声波换能器又称超声波探头。超声波换能器的工作原理有压电式、磁致伸缩式、电磁式等数种，在检测技术中主要采用压电式。1.超声换能器压电材料分类

1.石英—自然界中的压电材料?实验原理2.压电陶瓷3.高分子压电材料（压电薄膜）2.压电陶瓷2.压电陶瓷实验原理本实验中，采用压电陶瓷超声换能器作为声波的发射器和接收器。声速测量仪中换能器S1作为声波的发射器是利用了压电材料的逆压电效应。压电陶瓷环片在交流电压作用下，发生纵向机械振动，在空气中激发超声波。换能器S2作为声波的接收器是利用了压电材料的压电效应。空气的振动使压电陶瓷环片发生机械形变，从而产生电场，把声信号转变成了电信号。1．压电陶瓷超声换能器的工作原理

共振干涉法1.驻波现象：振幅、频率、传播速度都相同的两列波，在同一直线上沿相反方向传播时叠加而形成的一种特殊的干涉现象.2.共振干涉法改变发射波和反射波间的距离，测量相邻两个最大振幅即为半波长，可计算声速。驻波共振条件：正向负向驻波方程：设有两列简谐波，分别沿x轴的正方向和负方向传播，它们的表达式为驻波的振幅与位置有关驻波方程各质点都在作同频率的简谐运动2驻波方程3、驻波的特点?振幅随x而异，与时间无关.波腹波节相邻两波腹、波节距离相邻两电压最大值之间的距离即为相邻两波节之间的距离，从而求出声波的波长。当时，为波节当时，为波腹两个相互垂直的同频率的简谐运动的合成质点运动轨迹（椭圆方程）相位比较法（1）或（2）（3）两相互垂直同频率不同相位差简谐运动的合成图3.相位比较法在发射处的波和接收处的波之间产生位相差，其位相差可利用示波器的李萨如图形观察。两个相邻直线所对应的S2的位移为半个波长相邻同斜率直线所对应的S2的位移为一个波长。位相差与波程差之间的关系：

4.时差法

时差法测量声速的基本原理是基于速度=距离L/时间t。由计时电路控制，发射换能器S1定时发出一个声脉冲，经过一段距离的传播后到达接收换能器S2。由高精度计时电路得到声波从发出到接收在媒质中传播的时间，并由声速测试仪信号源时间显示窗口直接读出，声波传播的距离由数显表头记录，从而计算出声波在媒质中的传播速度。**石英的用途：晶振、表面波器件，微型压电器件**