超声波的测定用逐差法好处

Question

超声波的测定用逐差法好处

Answer 1

由波动理论得知,声波的传播速度v与声波频率 和波长 之间的关系为 .所以只要测出声波的频率和波长,就可以求出声速.其中声波频率可由产生声波的电信号发生器的振荡频率读出,波长则可用共振法和相位比较法进行测量.时差法可通过测量某一定间隔距离声音传播的时间来测量声波的传播速度.
压电陶瓷换能器
本实验采用压电陶瓷换能器来实现声压和电压之间的转换.它主要由压电陶瓷环片、轻金属铅（做成喇叭形状,增加辐射面积）和重金属（如铁）组成.压电陶瓷片由多晶体结构的压电材料锆钛酸铅制成.在压电陶瓷片的两个底面加上正弦交变电压,它就会按正弦规律发生纵向伸缩,从而发出超声波.同样压电陶瓷可以在声压的作用下把声波信号转化为电信号.压电陶瓷换能器在声—电转化过程中信号频率保持不变.
如图1所示,S1作为声波发射器,它把电信号转化为声波信号向空间发射.S2是信号接收器,它把接收到的声波信号转化为电信号供观察.其中S1是固定的,而S2可以左右移动.
共振法测量波长
由声源S1发出的声波（频率为 ）,经介质（空气）传播到S2,S2在接收声波信号的同时反射部分声波信号.如果接收面（S2）与发射面（S1）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.反射面处是位移的波节,声压的波腹.改变接收器与发射源之间的距离 ,在一系列特定的距离上,空气中出现稳定的驻波共振现象.此时 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.通过压电转换,产生的电信号的电压值也最大（示波器显示波形的幅值最大）.因此,若保持频率不变,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 ,即可得到该波的波长 （ ）,并用 计算出声速.
相位比较法测量波长
声源S1发出声波后,在其周围形成声场,声场在介质中任一点的振动相位是随时间而变化的,但它和声源振动的位相差 不随时间变化.
设声源方程可写成 ,距声源x处S2接收到的振动为 = cosω( － ),两处振动的位相差 ,若把两处振动分别输入到示波器x轴和y轴（如图2所示）,那么当 = ,即 =2 时,合振动为一斜率为正的直线.当 ,即 时,合振动为一斜率为负的直线.当x为其它值时,合振动为椭圆.移动S2,当其合振动为直线的图形斜率正、负更替变化一次,S2移动的距离 ,
则
时差法测量原理
以上两种方法测声速都是用示波器观察波谷和波峰,或观察两个波间的相位差,原理是正确的,但读数位置不易确定.较精确测量声速是用声波时差法.时差法在工程中得到了广泛的应用,它是将经脉冲调制的电信号加到发射换能器上,声波在介质中传播,经过 时间后,到达 距离处的接收换能器,所以可以用以下公式求出声波在介质中传播的速度见图3.速度