西安交通大学
实验报告
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学 号：**********
学 院：电信学院
班 级：计算机22班
一、实验目的
1.了解超声波的产生、发射和接收的方法；
2.用驻波法和相位比较法测声速。
二、实验仪器
1.超声声速测定仪：主要部件是两个压电陶瓷换能器和一个游标卡尺。
2.函数信号发生器：提供一定频率的信号，使之等于系统的谐振频率。 3.示波器：示波器的x, y轴输入各接一个换能器，改变两个换能器之间的距离会影响示波器上的李萨如图形。并由此可测得当前频率下声波的波长，结合频率，可以求得空气中的声速。 三、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 λ，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（共振干涉法）和行波法（相位比较法）测量。下图是超声波测声速实验装置图。
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：
的各点振幅最大，称为波腹，对应的位置： (n=0,1,2,3…)；
的各点振幅最小，称为波节，对应的位置： (n=0,1,2,3…)。
因此，只要测得相邻两波腹（或波节）的位置、即可得波长。
2.相位比较法测波长
从换能器发出的超声波到达接收器，所以在同一时刻与处的波有一相位差： (其中λ是波长，x为和之间距离)。因为x改变一个波长时，相位差就改变2p。利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。
沙丘驻涡火焰稳定器
四、实验步骤
1.连接仪器。
按照图1连接好仪器，使用前开机预热10min，自动工作在连续被方式，选择的介质为空气，观察和是否平行。
图 2 接线截图
2.测量信号源的输出频率。
将示波器调整为y-t模式，观察到正弦信号的波形，使和间的距离约为5cm；调节信号发射强度，波幅为5V，在350（100MHz）附近调节频率，同时观察波形，使信号幅度最大，此时频率为329（100MHz），即为本系统的谐振频率。
3.驻波法测波长和声速。
向右缓慢移动，观察示波器正弦信号的变化，选择信号最大位置开始读数，记为，取i=10，用逐差法求出声波波长和误差。利用谐振频率计算声波波速和误差。
4.用相位比较法测波长和声速。
将示波器调整为X-Y工作方式。观察示波器出现的李萨如图形，缓慢移动，当重复出现该图形时，说明相位变化了2π，即和之间移动了一个波长。沿右连续测量10个周期，用逐差法处理数据，求出波长、声速及误差。
李萨如图形
图3 Ф=0 图7 Ф=π
图4 Ф= 图8 Ф=
图5 Ф= 图9 Ф=
图6 Ф= 图10 Ф=2π
五、数据记录及处理
1．基础数据记录
谐振频率=33.5kHz
2．驻波法测量声速
表1 驻波法测量声速数据
i | 1i（cm） | i+6 | 1i+6（cm） | λi= (1i+6-1i) /3（cm） |
1 | 9.062 | 7 | 12.234 | 1.057 |
2 | 9.576 | 8 | 12.776 | 1.067 |
3 | 10.124 | 9 | 13.314 | 1.063 |
4 | 10.650 | 全自动淘洗磁选机10 | 13.822 | 触指1.057 |
5 | 11.180 | 11 | 14.354 | 1.058 |
6 | 11.702 | 12 | 14.844 | 1.047 |
| | | | |
λ的平均值：1.0582（cm）
λ的不确定度：
＝0.002（cm）
因为，λi= (1i+6-1i) /3，Δ仪=0.02mm
所以，0.000544（cm）
0.021（mm）
计算声速：
（m/s）
计算不确定度：
水幕除尘实验结果表示：υ=（354±3）m/s，=0.8%
3．低压成型机相位比较法测量声速
表2 相位比较法测量声速数据（相位变换2π）
i | 1i（cm） | i+7 | 1i+7（cm） | λi= (1i+7-1i)/7（cm） | 谐振频率 |
1 | 8.162 | 8 | 15.926 | 1.109 | f=32.0kHz |
2 | 9.282 | 9 | 17.050 | 1.110 |
3 | 10400 | 10 | 18.220 | 1.107 |
4 | 11.512 | 11 | 19.206 | 1.099 |
5 | 12.600 | 12 | 20.290 | 1.099 |
6 | 13.722 | 13 | 21.460 | 1.105 |
7 | 14.832 | 14 人体束缚 | 22.532 | 1.100 |
| | | | | |
λ的平均值：1.1041（cm）
λ的不确定度：
＝0.002（cm）
因为，λi= (1i+7-1i) /7，Δ仪=0.02mm
所以，0.000233（cm）
0.020（mm）
计算声速：
（m/s）
计算不确定度：
实验结果表示：υ=（353±3）m/s，B=0.8%
六、误差分析
1.由于使用软件虚拟操作，应该不会出现一些读数的误差，操作上也应该没有什么问题；
2.由于6月9日无法登陆大物实验中心和大厅，所以数据并没有从软件上得到，我只有参考了一些网络上的数据。
七、实验建议
1.虚拟实验的软件有很多地方还可以优化一下，如添加一个最小化按钮，调整一下，使之支持64位的操作系统等。
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