超聲波傳播速度的測量

超聲波在固體中傳播速度的測量在固體中傳播的聲波是很復雜的，它包括縱波、橫波、扭轉(zhuǎn)波、彎曲波、表面波等，而且各種聲速都與固體棒的形狀有關，金屬棒一般為各向異性結晶體，沿任何方向可有三種波傳播?！緦嶒災康摹?、學會用時差法測定超聲波在固體中的傳輸速度。2、學會用逐差法處理實驗數(shù)據(jù)。3、熟悉數(shù)字示波器等儀器的使用?！緦嶒炘怼繒r差法測量原理：在實際工程中，時差法測量聲速得到廣泛的應用。時差法測試聲速的基本原理是基于速度V=距離S/時間T，通過在已知的距離內(nèi)計測聲波傳播的時間；從而計算出聲波的傳播速度，在一定的距離之間由控制電路定時發(fā)出一個聲脈沖波，經(jīng)過一段距離的傳播后到達接收換能器。接收到的信號經(jīng)放大，濾波后由高精度計時電路求出聲波從發(fā)出到接收這個在介質(zhì)傳播中經(jīng)過的時間，從而計算出在某一介質(zhì)中的傳播速度。只因為不用目測的方法，而由儀器本身來計測，所以其測量精度相對于前面兩種方法要高。同樣在液體中傳播時，由于只檢測首先到達的聲波的時間，而與其它回波無關，這樣回波的影響比較小，因此測量的結果較為準確，所以工程中往往采用時差法來測量。連續(xù)波經(jīng)脈沖調(diào)制后由發(fā)射換能器發(fā)射至被測介質(zhì)中，聲波在介質(zhì)中傳播，經(jīng)過t時間后，到達L距離處的接收換能器。由運動定律可知，聲波在介質(zhì)中傳播的速度可由以下公式求出：速度V=距離L/時間t。通過測量二換能器發(fā)射接收平面之間距離L和時間t,就可以計算出當前介質(zhì)下的聲波傳播速度。圖5-5發(fā)射波與接收波【儀器與器材】SVX-7聲速測試儀信號源、SV-DH-7A【實驗內(nèi)容與步驟】1、時差法測量超聲波在固體中傳播速度步驟圖5-6時差法測量超聲波在固體中傳播速度接線圖（1）按圖5-6接線，將測試方法設置到脈沖波方式將，接收增益調(diào)到適當位置（一般為最大位置），以計時器不跳字為好。（2）將發(fā)射換能器發(fā)射端面朝上豎立放置于托盤上，在換能器端面和固體棒的端面上涂上適量的耦合劑，再把固體棒放在發(fā)射面上，使其緊密接觸并對準，然后將接收換能器接收端面放置于固體棒的上端面上并對準，利用接收換能器的自重與固體棒端面接觸。（3）這時計時器的讀數(shù)為ti-1，固體棒的長度為Li-1。移開接收換能器，將另1根固體棒端面上涂上適量的耦合劑，置于下面一根固體棒之上，并保持良好接觸，再放上接收換能器，這時計時器的讀數(shù)為ti，固體棒的長度為Li。則聲速Ci=（Li-Li-1）/（ti-ti-1）。分別測量超聲波在有機玻璃棒、鋁棒中的傳播速度，填入表5-3中。（4）測量超聲波在不同固體介質(zhì)中傳播的平均速度時，只要將不同的介質(zhì)同時置于兩換能器之間就可進行測量。因為固體中聲速較高、固體棒的長度有限等原因，測量所得結果僅作參考。2.液體介質(zhì)聲速的測量當使用液體為介質(zhì)測試聲速時，按圖6所示進行接線。將測試架向上小心提起，就可對測試槽中注入液體，以把換能器完全浸沒為準，注意液面不要過高，以免溢出。選擇合適的脈沖波強度，即可進行測試，步驟與4相同。使用時應避免液體接觸到其他金屬件，以免金屬物件被腐蝕。使用完畢后，用干燥清潔的抹布將測試架及換能器清潔干凈?！咀⒁馐马棥?、使用時，應避免聲速測試儀信號源的功率輸出端短路。2、嚴禁將液體（水）滴到數(shù)顯尺桿和數(shù)顯表頭內(nèi)，如果不慎將液體（水）滴到數(shù)顯尺桿和數(shù)顯表頭上，請用60℃3、數(shù)顯尺用后應關閉電源?！緮?shù)據(jù)處理】1、列表記錄用時差法測量有機棒及金屬棒的實驗數(shù)據(jù)。三根相同長度和材質(zhì)的待測棒，利用疊加獲得不同的長度。每個長度所測得相對應的時間。（3）求出相應的差值，然后計算出聲速，并與理論聲速傳播測量參數(shù)進行比較，并計算百分誤差。表5-3時差法測量超聲波在固體中傳播速度數(shù)據(jù)材質(zhì)tit2t3Ci=（L2-L1）/（t2-t1）C=（Ci+C2）/2LiL2L3C2=（L3-L2）/（t3-t2）有機玻璃鋁2、固體中的縱波聲速：鋁：C棒=5150m/s，C塊=6300m/s銅：C棒=3700m/s，C塊=5000m/s鋼：C棒=5050m/s，C塊=6100m/s玻璃：C棒=5200m/s，C塊=5600m/s有機玻璃：C棒=1500～2200m/s，C塊=2000～2600m/s注：