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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划超声波测速实验报告大学物理仿真实验报告时间：实验人：XXX班级：XXX学号：XXXX实验名称：超声波测声速试验目的：1.了解超声波的产生、发射、和接收方法；2.用驻波法、相位比较法测量声速。实验仪器：SV-DH系列声速测试仪，示波器，声速测试仪信号源。实验原理：由波动理论可知，波速与波长、频率有如下关系：v=f，只要知道频率和波长就可以求出波速。本实验通过低频信号发生器控制换能器，信号发生器的输出频率就是声波频率。声波的波长用驻波法和行波法测量。下图是超声波测声速实验装置图。1.驻波
2、法测波长由声源发出的平面波经前方的平面反射后，入射波与发射波叠加，它们波动方程分别是：叠加后合成波为：振幅最大的各点称为波腹，其对应位置：振幅最小的各点称为波节，其对应位置：因此只要测得相邻两波腹的位置Xn、Xn-1即可得波长。2.相位比较法测波长从换能器S1发出的超声波到达接收器S2，所以在同一时刻S1与S2处的波有一相位差：。因为x改变一个波长时，相位差就改变2。利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。实验内容及操作步骤：1接线2调整仪器示波器的使用与调整使用示波器时候，请先调整好示波器的聚焦。然后鼠标单击示波器的输入信号的接口，把信号输入示波器。接着调节通道1，2的幅度微调，扫描信号的时基
3、微调。最后选择合适的垂直方式选择开关，触发源选择开关，内触发源选择开关，Auto-Norm-X-Y开关，在示波器上显示出需要观察的信号波形。输入信道的信号是由实验线路的连接决定的。信号发生器的调整根据实验的要求调整信号发生器，产生频率大概在35KHz左右，幅度为5V的一个正弦信号。由于本实验测声速的方法需要通过换能器共振把电信号转为声信号，然后再转为电信号进行的，所以在开始测量前需要调节信号的频率为换能器的共振频率。在寻找共振频率时，通过调节信号发生器的微调旋钮，观察示波器上信号幅度是否为最大来逐步寻找的。超声速测定仪的使用在超声速测定仪中，左边的换能器是固定的，右边的换能器是与游标卡尺的滑动
4、部分连接在一起的。这样，左右换能器间的距离就可以通过游标卡尺来测量出来，在上图的下半部分是一个放大的游标卡尺的读数图。3实验内容寻找到超声波的频率后，只要测量到信号的波长就可以求得声速。我们采用驻波法和相位比较法来测量信号波长:驻波法信号发生器产生的信号通过超声速测定仪后，会在两个换能器件之间产生驻波。改变换能器之间的距离时，在接收端(把声信号转为电信号的换能器)的信号振幅会相应改变。当换能器之间的距离为信号波长的一半时，接受端信号振幅为最大值。实验中调节示波器的垂直方式选择开关，触发源选择开关，内触发源选择开关，Auto-Norm-X-Y开关，使屏幕上显示出接受端信号，图见前面“调整仪器”中
5、“示波器的使用与调整”部分。然后，一边移动右边换能器，一边观察示波器上的信号幅度。当信号幅度为最大值时，通过放大的游标卡尺读出此时换能器间的距离。两个相邻的信号幅度最大时换能器间的距离差就是波长的一半。相位比较法由于两个换能器间有距离，这样在两个换能器处的信号有一相位差。当换能器间距离改变一个波长时，相位差改变2p。实验中调节示波器的垂直方式选择开关，触发源选择开关，内触发源选择开关，Auto-Norm-X-Y开关，使屏幕上显示出两个换能器端信号产生的李撒如图(见图11)。然后，一边移动右边换能器，一边观察示波器上的李撒如图。当观察到两个信号的相位差改变2时，通过放大的游标卡尺读出此时换能器间
6、的距离。注意事项：1确保换能器S1和S2端面的平行。2信号发生器输出信号频率与压电换能器谐振频率f0保持一致。实验经过及数据记录：驻波法测声速连线如图调节各仪器到如下图所示状态：读数：；再调节声速测试仪，使所示波峰峰值重新达到最大读数：；以此类推，读出多组数据，记录如下所示:连线如图声光效应与光拍法测光的速度赵海燕实验时间：XX年9月23日上午8点至下午五点摘要根据波的叠加原理，两束传播方向相同、频率相差很小的简谐波相叠加，会合成带有低频调制的高频波，即光拍频波。实验中采用了声光材料的声光效应使超声波在介质内形成驻波，从而使入射的激光发生衍射产生固定的相位差，通过扫描仪，分析固定频率差的两列波
7、，通过移动距离等于波长整数倍的特殊关系，可以轻易算出光速，准确率也非常高。关键词光拍频波声光效应驻波法光速一、引言光速是最基本的物理常数之一，光速的精确测定及其特性的研究与近代物理学和实验技术的许多问题重大问题关系密切。早在麦克斯韦光的电磁理论建立以前，人们已有了光具有一定传播速度的概念，最初是用天文学方法来测定光速。其中特别值得提到的是迈克尔逊和他的同事们在1879-1935年期间，对光速作了多次系统的测量。实验结果不仅验证了光是电磁波，而且为深入地了解光的本性和为建立新的物理原理提供了宝贵的资料。激光的出现把光速的测量推向一个新阶段，最先运用激光测定光速的是美国国家标准局(发表于1973年
8、)。由于采用了稳频技术，可以得到频率的稳定性与复现性均十分优良的激光辐射，从而使光速的测量精度比以前所有的实验方法都高。1972年美国标准局埃文森等人测量了甲烷稳频激光的频率，又以原子的基准波长测定了该激光的波长值，从而得到光速的新数值c=m/s。此值为1975年第十五届国际计量大会所确认。本实验我们采用光拍法测定光速，通过实验使我们加深对光拍频波的的概念的理解，了解声光效应的原理及驻波法产生声光频移的实验条件和实验特点，掌握光拍法测量光速的技术。二、原理光拍频波根据波的叠加原理，两束传播方向相同，频率相差很小的简谐波相叠加，将会形成拍。对于振幅都为0，圆频率分别为1和2,且传播方向相同的两束
9、单色光?1=?0cos?1?+?1?2=?0cos?2?+?2合成低频调制的高频波，即光拍频波?=?1+?2?1?2?1?2=2?0cos?+?1+?2?cos?+?1+?2图1光拍频波的形成?1?22?前部分为合成波的振幅，随时间缓慢变化，拍频?=声光效应以及驻波法。声光效应就是研究光通过声波扰动的介质时发生散射或衍射的现象。当超声波从声光介质中穿过时，会引起声光介质折射率的变化，会使介质折射率产生正弦或余弦规律变化，并随超声波一起传播，使声光介质变成一个相位光栅，当激光穿过声光介质时，就会发生光的衍射，即声光衍射。衍射光的强度、频率、方向等都随着超声波场而变化。由于衍射光的频率产生了与超声
10、波频率有关的频率移动，实现了使激光束频移的目的，因此在实验中可获得确定频率差的图2声光效应原理示意图两束光，并形成光拍频波。本实验采用驻波法，各级衍射光中的频率分布和相应的频移量可用扫描干涉仪测量，使声光介质的厚度为超声波半波长的整数倍，使超声波发生反射,在声光介质中形成驻波场,其结果使入射激光产生多级对称衍射。第L级衍射光的角频率为?m=?0+(?+2?)式中，L，m=0，1，2，3，?拍频信号的检测实验中可用光电检测器接收光信号，光电检测器所产生的光电流与接收到的光强成正比：?=g?2式中g为光电转换系数，由于光的频率极高，而光电接收器只能对108?以下的光强变化作出反应，因此实际得到的光
11、电流?近似为响应时间(?超声波测速实验报告)纵波。横波波型：当介质中质点的振动方向与超声波垂直时，此种超声波为横波波型。由于固体介质除了能承受体积变形外，还能够承受切变变形。当其中剪切力交替作用于固体介质时均能产生横波。横波只能在固体介质中传播。表面波波型：是沿着固体表面传播的具有纵波和横波的双重性质的波。表面波可以看成是由平行于表面的纵波和垂直于横波的横波合成，振动质点的轨迹为一椭圆，在距表面1/4波长深处振幅最强，随着深度的增加很快率减，实际上离表面一个波长以上的地方，质点振动的振幅已经很微弱了。3）常用的超声波探头有直探头和斜探头两种：探头通过保护膜或斜楔向外发射超声波；吸收背衬的作用是
12、吸收晶片向背面发射的声波，以减少杂波；匹配电感的作用是调整脉冲波的波形。一般，直探头产生纵波，斜探头产生横波或表面波。另一种可变角探头，如图1-4所示。其中探头芯可以旋转，通过改变探头的入射角q，得到不同折射角的斜探头。当q=0时成为直探头。/15/XX注意事项总结：1）开始实验前应先调整好超声波实验仪与示波器，时产生的超声波频率适合，产生的图形清晰易于观察。2）应注意读取时间间隔时应左右移动相应探头，按要求使其振幅达到要求的最大或最大振幅的一半在进行读数。3）应多次测量取其平均值，减小误差。4）数据处理代入公式时应注意单位之间的转换。结语：超声波原理及其应用实验是一个要求认真细心的实验，我们
13、做的三个小实验安排很合理，按着由浅入深的顺序，先是入门，让我们接触与熟悉它，慢慢的便深入要求更严格了，尤其是第三次试验，操作要求精确，数据测量多，所以需要前两次要好好练习打好基础，并且第三次前好好预习才能不会在做实验时手忙脚乱，总的来说对我这此实验做得好是很满意，每次都是前三个做好实验。所以我建议以后的同学在在做这个实验时，一定第一次和第二次试验好好做，打好基础，非常熟悉一起的使用，并且左前好好用心预习，只有这样才会缺的一个让老师和自己都满意的结果。超声波在不同领域应用的概述1.超声诊断仪：可用于诊断人体内器官及组织的病变，由于其无创，无放射性而在医院中普遍使用。尤其是产科领域，由于胎儿对放射
14、辐射的敏感性，基本不会对胎儿或母亲采用X线，CT等诊断设备，此时超声就成为最佳选择。与X线，CT比较，超声诊断仪拥有两个特点，第一是无放射性，也就是安全性高，第二是实时性，看到的图像是实时的，不需要等待胶片冲洗或数码成像的时间，这不仅仅节约了时间，而且可以实时进行测量，可以应用在心血管领域，测出血液流速，从而诊断病变情况。2.超声波清洗机：可用于清洁用途,是目前清洗效果最佳的方式，一般认为是这利用了超声在液体中的“空穴现象”。超声波清洗机的清洁原理，在于利用超声波振动清水，使微细的真空气泡在水里产生，当真空气泡爆破时释放了储存在气泡里面的能量，释放温度约摄氏5000度以及超过10,000磅吋的压力将物件表面的油脂或污垢带走1。清洗机所产生的超声波的频率约为20-50千赫，可应用在珠宝、镜片或其他光学仪器、牙医用具、外科手术用具及工业零件的清洁。超声波焊接：用于熔接两个一样材质或不一样的塑胶件。雷达定位：检测超声在军事中的应用有雷达定位，超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。与用于量度距离的超声波测距仪作用原理相似。医用超声波:可以看穿肌肉及软组织，使得这项技术常用来扫描很多器官，以协助医疗上的诊断和治疗。产科超声波：超声波扫描不涉及有害的辐射，远比X-射线等检验工具安全，
