医学精品课件：超声波实验.ppt

1、实验四十 超声波实验,王淑珍,实验目的,了解声波在空气中传播的特性 了解压电换能器的功能 了解声波的产生、发射和接受方法 进一步掌握示波器、信号发生器的使用方法 加深对波的传播、干涉、驻波、振动合成等理论知识的理解。 学习驻波法和相位法测试超声波在空气、水中的传播速度,实验器材,ZKY-SS声速测定实验仪（信号源、测定仪、水槽）、示波器,移动支架,换能器,水槽,示波器,信号源,发射换能器的发射面与接收换能器的接收面要保持互相平行！,zky-ss型声速测定实验仪主要由压电陶瓷换能器和读数标尺组成。,换能器结构图,压电陶瓷片是由一种多晶结构的压电材料（如石英、锆钛酸铅陶瓷等），在一定温度下经极化处

2、理制成的。压电换能器可以把电能转换为声能作为超声波发生器，反过来也可以使声压变化转化为电压变化，即用压电陶瓷片作为声频信号接收器。,压电陶瓷换能器是由压电陶瓷片和轻重两种金属组成,2. 示波器,水平移位,聚焦调节,CH通道,灵敏度调节（）,灵敏度调节（）,垂直移位（CH1）,触发电平,CH1通道,垂直移位（CH2）,亮度调节,扫描速度选择,3.信号发生器,频率调节,输出超声发射器驱动信号,输入超声接收信号,输出信号监测,输入信号监测,实验原理,声速、声源振动频率和波长之间的关系为 式中 为声速； 为频率； 为波长。,谐振时,声波频率就是低频信号发生器输出频率。因此声速测量是通过直接测量声波的波

3、长。,一.驻波法（共振干涉法）,声波波长的测量方法,1.驻波的形成及特点,驻波方程,任意两相邻波腹(波 节)之间的距离为 .,波腹:振幅最大的点. 对应的位置：,波节:振幅最小的点. 对应的位置：,发射换能器S1发出的一定频率的平面声波，经过空气传播，到达接收器（接受换能器S2）。如果接收面与发射面严格平行，入射波即在接收面上垂直反射，入射波与反射波相干涉形成驻波，反射面处为驻波的波节。改变接收器与发射源之间的距离l，在一系列特定的距离上，媒质中出现稳定的驻波共振现象。,声压变化与接收器位置的关系,移动接受器时、示波器所显示的信号幅度会由极大逐渐变小、然后再变大、相邻二次达到极大值的距离为2.

4、,由纵波性质和驻波理论可知，接收面按振动位移来说处于波节时,接收到的声压相应达到最大值,所接受电信号最强。,示波器x, y轴输入波的相位差： 因为L改变一个波长时，相位差就改变 。利用李 萨如图形就可以测得超声波的波长。,二.相位比较法（李萨如图形法）,当移动接收换能器时将会发现：不仅椭圆的幅值大小会随发射接收的 距离L发生变化，而且椭圆的相位亦发生变化。,相位差图,相位差与李萨如图形的关系,用驻波法或相位法测量声音在空气中 或水中的速度。,实验内容,一寻找系统的谐振频率,实验步骤,1.转动丝杆寻找信号幅度最强的位置. 2.调节信号发生器的频率，使示波器上的信号幅度最大，此时信号发生器输出的频

5、率值即为本系统的谐振频率f0,1. 接好电路（发射器激振器、接收器拾振器、发射监测触发信号、接收监测CH2 ）。 2.选择连续正弦波工作模式（共振法、相位法），预热15分钟。 3.寻找谐振频率（CH2通道波幅最大时对应的频率）并记录此频率，在以后的实验中不得更改此频率。 4.将S2移近S1,在距离10cm附近找共振位置（振幅最大点），移动S2，依次记下各振幅极大时的x值，记录10组数据。,二. 驻波法测波长,1. 接好电路（发射器激振器、接收器拾振器、发射监测CH1、接收监测CH2 ）。 2.选择连续正弦波工作模式。 3. 示波器设置为x、y工作状态,选择适当的档位,调出李萨如图形。 3.在共振频率下，使S2靠近S1，再缓慢远离S1，当示波器上出现斜线（=0、），记下S2的位置x。 4.继续移动S2,示波器上李萨如图形相位发生周期变化,依次记下斜线出现时S2的位置x1，x2，。,三.李萨如图形法,实验数据及处理,驻波法测量空气中的声速,1）实验数据,2）逐差法处理实验数据,3）空气中声速的理论值,计算测量值与理论值的相对误差,注意事项,电源接通时，两超声换能器不得接触。,1 逐差法处理数据的优点是什么？ 2 为什么换能器要在谐振频率条件下进行声速测量？ 3 试举三个超声波应用的例子，它们都是利用了超声波的哪些特性？,思 考 题,