三种测试方法测试声速Word文档格式.docx
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SV-DH-3A型声速测定仪(支架式、数显容栅尺读数);
SV-DH-5型声速测定仪(液槽式、千分尺读数);
SV-DH-5A型声速测定仪(液槽式、数显容栅尺读数);
SV-DH-7型声速测定仪(液槽可脱卸、千分尺读数)。
SV-DH-7A型声速测定仪(液槽可脱卸、数显容栅尺读数)。
关于信号源,有以下型号:
SVX-3型声速测定信号源(频次范围20kHz~45kHz,带时差法丈量脉冲信号
源);
SVX-5型声速测定信号源(频次范围20kHz~45kHz,带时差法丈量脉冲信号源);
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SVX-7型通用信号源(频次范围50Hz~50KHz、带时差法丈量脉冲信号源);
图1列出SVX-5、SVX-7声速测试仪信号源面板,图2为声速测试仪外形表示图。
SVX-5综合声速测定仪信号源
脉冲波
固体
液体
连续波
气体
图1SVX-5、SVX-7声速测试仪信号源面板调理旋钮的作用:
信号频次:
用于调理输出信号的频次;
发射强度:
用于调理输出信号电功率(输出电压);
接收增益:
用于调理仪器内部的接收增益。
图2声速测试架外形表示图
主要技术参数
1.SV-DH声速测试仪
环境适应性:
工作温度10~35℃;
相对湿度25~75%。
抗电强度:
仪器能耐受50Hz正弦波500V电压1min耐压试验。
配对压电陶瓷换能器:
谐振频次:
35±
3kHz;
可蒙受的连续电功率不
小于15W。
两换能器之间测试距离:
50~280mm(支架式)、
50~350mm(水槽式)
外形:
测试架外形尺寸:
480mm×
140mm×
152mm(支架式)
530mm×
160mm(水槽式)
2.SVX-3型声速测试仪信号源功率信号源
频次范围:
25kHz~45kHz
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最大输出电压:
15Vp-p
最大输出功率:
5W
频次显示:
5位LED数字显示
脉冲调制信号源
信号频次:
脉冲宽度:
200μs
脉冲周期:
8ms
计数准时器
计数准时范围:
1μs~1s
分辨率:
1μs
仪器外形尺寸:
290mm×
240mm×
120mm
3.SVX-5型综合声速测试仪信号源空气和液体切换丈量
其余同SVX-3型声速测试仪信号源
4.SVX-7型通用信号源
空气、液体和固体介质切换丈量
频次范围:
50~500Hz,500~5kHz,5kHz~50kHz
三、实验原理
1.超声波与压电陶瓷换能器
频次20Hz-20kHz的机械振动在弹性介质中流传形成声波,高于20kHz称为
超声波,超声波的流传速度就是声波的流传速度,而超声波拥有波长短,易
于定向发射等长处,声速实验所采纳的声波频次一般都在20~60kHz之间。
在
此频次范围内,采纳压电陶瓷换能器作为声波的发射器、接收器成效最正确。
正负电极片
后盖反射板
3
压电陶瓷片
辐射头
图3纵向换能器的构造简图。
压电陶瓷换能器依据它的工作方式,分为纵向(振动)换能器、径向(振
动)换能器及曲折振动换能器。
声速教课实验中所用的大部分采纳纵向换能
器。
图3为纵向换能器的构造简图。
2.共振干预法(驻波法)丈量声速
假定在无穷声场中,仅有一个点声源S1(发射换能器)和一个接收平面
(接收换能器S2)。
当点声源发出声波后,在此声场中只有一个反射面(即
接收换能器平面),并且只产生一次反射。
在上述假定条件下,发射波ξ1=Acos(ωt+2πx/λ)。
在S2处产生反射,反射波ξ2=A1cos(ωt+2πx/λ),信号相位与ξ1相反,幅度A1<A。
ξ1与ξ2在反射平面订交叠加,合成波束ξ3
ξ3=ξ1+ξ2=(A1+A2)cos(ωt-2πx/λ)+A1cos(ωt+2πx/λ)
=A1cos(2πx/λ)cosωt+A2cos(ωt-2πx/λ)
因而可知,合成后的波束ξ3在幅度上,拥有随cos(2πx/λ)呈周期变化
的特征,在相位上,拥有随(2πx/λ)呈周期变化的特征。
图4所示波形显示了叠加后的声波幅度,随距离按cos(2πx/λ)变化的
特点。
接收到的信号幅度的包络波
发射换能器与接收换能器之间的距离
图4换能器间距与合成幅度
实验装置按图7所示,图中S1和S2为压电陶瓷换能器。
S1作为声波发射器,它由信号源供应频次为数十千赫的沟通电信号,由逆压电效应发出一平面超声波;
而S2则作为声波的接收器,压电效应将接收到的声压变换成电信号。
4
将它输入示波器,我们便可看到一组由声压信号产生的正弦波形。
因为
S2在
接收声波的同时还可以反射一部分超声波,接收的声波、发射的声波振幅虽有
差别,但两者周期同样且在同一线上沿相反方向流传,两者在
S1和S2地区内
产生了波的干预,形成驻波。
我们在示波器上察看到的其实是这两个相关
波合成后在声波接收器S2处的振动状况。
挪动
S2地点(即改变S1和S2之间的
距离),你从示波器显示上会发现,当
S2在某此地点时振幅有最小值。
依据
波的干预理论能够知道:
任何二相邻的振幅最大值的地点之间(或二相邻的
振幅最小值的地点之间)的距离均为λ
/2。
为了丈量声波的波长,能够在一
边察看示波器上声压振幅值的同时,迟缓的改变
S1和S2之间的距离。
示波器
上就能够看到声振动幅值不停地由最大变到最小再变到最大,二相邻的振幅
最大之间的距离为λ/2;
S2挪动过的距离亦为λ/2。
超声换能器
S2至S1之间
的距离的改变可经过转动鼓轮
来实现,而超声波的频次又可由声速测试仪信号源频次显示窗口直接读出。
图5用李萨如图察看相位变化
在连续多次丈量相隔半波长的S2的地点变化及声波频次f此后,我们可运用丈量数据计算出声速,用逐差法办理丈量的数据。
3.相位法丈量原理
由前述可知入射波ξ1与反射波ξ2叠加,形成波束ξ3
即ξ3=A1cos(2πx/λ)cosωt+A2cos(ωt-2πx/λ)
即关于波束:
ξ1=Acos(ωt-2πx/λ)
因而可知,在经过△x距离后,接收到的余弦波与本来地点处的相位差(相
移)为θ=2π△x/λ。
如图5所示。
所以能经过示波器,用李萨如图法察看
测出声波的波长。
4.时差法丈量原理
连续波经脉冲调制后由发射换能器发射至被测介质中,声波在介质中传
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播,经过t时间后,抵达L距离处的接收换能器。
由运动定律可知,声波在介
质中流传的速度可由以下公式求出:
速度V=距离L/时间t
图6发射波与接收波
经过丈量二换能器发射接收平面之间距离L和时间t,就能够计算出目前
介质下的声波流传速度。
四、实验步骤
图7驻波法、相位法连线图
1.仪器在使用以前,加电开机预热15min。
在接通市电后,自动工作在连续波方式,选择的介质为空气的初始状态。
2.驻波法丈量声速。
丈量装置的连结
如图7所示,信号源面板上的发射端换能器接口(S1),用于输出必定频
率的功率信号,请接至测试架的发射换能器(S1);
信号源面板上的发射端
的发射波形Y1,请接至双踪示波器的CH1(Y1),用于察看发射波形;
接收换能器(S2)的输出接至示波器的CH2(Y2)
测定压电陶瓷换能器的最正确工作点
只有当换能器S1的发射面和S2的接收面保持平行时才有较好的接见效
果;
为了获取较清楚的接收波形,应将外加的驱动信号频次调理到换能器S1、
S2的谐振频次点处时,才能较好的进行声能与电能的相互变换(实质上有一
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个小的通频带),以获取较好的实验成效。
依据调理到压电陶瓷换能器谐振
点处的信号频次,预计一下示波器的扫描时基t/div,并进行调理,使在示波
器上获取稳固波形。
超声换能器工作状态的调理方法以下:
各仪器都正常工作此后,第一调
节发射强度旋钮,使声速测试仪信号源输出适合的电压(8~10VP-P之间),再
调整信号频次(在25~45kHz),选择适合的示波器通道增益(一般~1V/div之
间的地点),察看频次调整时接收波的电压幅度变化,在某一频次点处(~之
间)电压幅度最大,此频次即是压电换能器S1、S2相般配频次点,记录频次
FN,改变S1和S2间的距离,适入选择地点,从头调整,再次测定工作频次,
共测5次,取均匀频次f。
丈量步骤
将测试方法设置到连续波方式,适合选择相应得测试介质。
达成前述、
步骤后,察看示波器,找到接收波形的最大值。
而后转动距离调理鼓轮,这
时波形的幅度会发生变化,记录下幅度为最大时的距离Li-1,距离由数显尺(数
显尺原理说明见附录2)或在机械刻度上读出,再向前或许向后(一定是一个
方向)挪动距离,当接收波经变小后再到最大时,记录下此时的距离Li。
即
有:
波长λi=2│Li-Li-1│,多次测定用逐差法办理数据。
3.相位法/李萨如图法丈量波长的步骤
将测试方法设置到连续波方式,适合选择相应的测试介质。
步骤后,将示波器打到“X-Y”方式,并选择适合的通道增益。
转动距离调理
鼓轮,察看波形为必定角度的斜线,记录下此时的距离Li-1;
距离由数显尺(数
显尺原理说明见附录2)或机械刻度尺上读出,再向前或许向后(一定是一个
方向)挪动距离
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- 测试 方法 声速