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三种测试方法测试声速

一、 实验目的

掌握测量声速的几种方法实际测量声速

二、 实验仪器

SV-DH系列声速测试仪为观察、研究声波在不同介质中传播现象，测量这些介质中声波传播速度的专用仪器。它们都由声速专用测试架及专用信号源二部分组成。仪器可用于大学基础物理实验。

SV-DH系列声速测试仪不但覆盖了基础物理声速实验中常用的二种测试方法，而且，在上述常规测量方法基础上还可以用工程中实际使用的声速测量方法时差法进行测量。在时差法工作状态下，使用示波器，可以非常明显、直观地观察声波在传播过程中经过多次反射、叠加而产生的混响波形。

型号与组成

SV-DH系列声速测试仪是由声速测试仪（测试架）和声速测试仪信号源二个部分组成。下列声速测试仪都可增加固体声速测量装置，用于固体声速的测量。

对于声速测试架，有以下型号：

SV-DH-3型声速测定仪（支架式、千分尺读数）；

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）。

对于信号源，有以下型号：

SVX-3型声速测定信号源（频率范围20kHz?45kHz，带时差法测量脉冲信号源）；

SVX-5型声速测定信号源（频率范围20kHz?45kHz，带时差法测量脉冲信号源）

SVX-7型通用信号源（频率范围50Hz?50KHz、带时差法测量脉冲信号源）；图1列出SVX-5、SVX-7声速测试仪信号源面板，囹为声速测试仪外形示意图。

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图1SVX-5、SVX-7声速测试仪信号源面板

调节旋钮的作用：

用于调节输出信号的频率；用于调节输出信号电功率（输出电压）；用于调节仪器内部的接收增益。信号频率：

用于调节输出信号的频率；

用于调节输出信号电功率（输出电压）；用于调节仪器内部的接收增益。

发射强度：

接收增益：

图2声速测试架外形示意图

主要技术参数

SV-DH声速测试仪

环境适应性：工作温度10?35°C；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。

1.3配对压电陶瓷换能器：谐振频率：35±3kHz；可承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：480mmX140mmX152mm（支架式）

530mmX140mmX160mm（水槽式）

SVX-3型声速测试仪信号源

功率信号源

频率范围：25kHz?45kHz

最大输出电压：15Vp-p

最大输出功率：5W

频率显示：5位LED数字显示

脉冲调制信号源

信号频率：36.5kHz

脉冲宽度：200ps

脉冲周期：8ms

计数定时器

计数定时范围：1ps?1s

分辨率：1ps

仪器外形尺寸：290mmX240mmX120mm

SVX-5型综合声速测试仪信号源

空气和液体切换测量

其他同SVX-3型声速测试仪信号源

SVX-7型通用信号源

空气、液体和固体介质切换测量

频率范围：50?500Hz,500?5kHz,5kHz?50kHz

其他同SVX-3型声速测试仪信号源

三、实验原理

超声波与压电陶瓷换能器

后盖反射板压电陶瓷片频率20Hz-20kHz的机械振动在弹性介质中传播形成声波，高于20kHz称为超声波，超声波的传播速度就是声波的传播速度，而超声波具有波长短，易于定向发射等优点，声速实验所采用的声波频率一般都在20?60kHz之间。在此频率范围内，采用压电陶瓷换能器作为声波的发射器、接收器效果最佳。

后盖反射板

压电陶瓷片

辐射头

图3纵向换能器的结构简图。

压电陶瓷换能器根据它的工作方式，分为纵向（振动）换能器、径向（振动）换能器及弯曲振动换能器。声速教学实验中所用的大多数采用纵向换能器。图3为纵向换能器的结构简图。

共振干涉法（驻波法）测量声速

假设在无限声场中，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。

在上述假设条件下，发射波=Acos（3t+2nx/入）。在S2处产生反射，反射波2=Acos（3t+2nx/入），1信号相位与］相反，幅度A1VA。1与2在反射平面相交叠加，合成波束3 1 1

2g=g+g=（A+A）