超声波声速测量数据处理范例

超声波声速测量数据处理范例
超声波声速测量数据处理范例

超声波声速的测量实验数据处理

实验室初温:t 1= 33.6 o c ;实验室末温:t 2= 33.8 o c

1.

用逐差法处理波长λ 依公式计算)(316n n i

L L -=+λ

==∑n i

λλ ==∑n f f i

波长的不确定度:

A 类分量: =--=?∑)1()(2

n n i A λλ0.085 0.184 0.024 0.033 0.086

0.124 30 0.0072 0.03386 0.00058 0.00109 0.00740 0.01537 0.0665|30

B 类分量:取其仪器误差限,考虑为均匀分布,则

=?=?3仪B

合成不确定度:=?+?=?2

2

B A

波长λ的测量结果:

2.频率f 的数据处理:

A 类分量: =--=?∑)1()(2n n f f

i A B 类分量:取信号源误差限,考虑为均匀分布,则 =?=?3仪

B

合成不确定度: =?+?2

2

B A

频率f 的测量结果: 3.波速v 的数据处理

=?=f V λ

=?+??=?22)()(f V f

V λλ

不确定度传递为

波速测量结果:

4.理论值及相对误差的计算

由实验室初温和末温:t 1 = 33.6 o c ,t 2 = 33.8 o c 得到温度的平均值为:

t 0 = (t 1+t 2)/2 = (33.6+33.8)/2 = 33.7 o c 声速的理论值:

s m T t T V T T V V /4.35115.2737.3315.2735.311000000=+?=+?=?= 将声速的两次测量值与理论值进行比较,由100?-=

理实V V V E r % 5.实验结论:

声速的测量(超声)实验报告

声速的测量(超声) 一、实验目的: ①用共振干涉法求超声声速; ②用相位比较法求超声声速。 二、实验仪器: 超声声速测量仪、信号发生器、数字频率计、同轴电缆、示波器、游标卡尺、压电陶瓷超声换能器。 三、实验原理: ①声速的测量: 利用公式νλ,测量声波的频率ν和波长λ去求声速v。 ②声压驻波:已知两列频率、振幅和振动方向相同的平面简谐波,向相反的方向传播时,叠加的合成波就是驻波,在驻波场中质点振幅最大处为波腹,质点位移振幅近似为零处为波节,相邻波腹或波长的距离为半波长(λ/2)。 ③声波波长的测量:接收器S2输出的信息有两部分:1、驻波的信息,其振幅随S2的移动而变化,在共振时,S1、S2的距离为l:,,,此时振幅较大。2、类 似行波的信息,S1、S2用的相位差,也随着S2的移动而变化,每移动λ/2,相位差改变Π(即180°)。利用这两种信息均可测量声波波长λ。(1)共振干涉法;(2)相位比较法。 四、实验方法: ①用共振干涉法测声速: 示波器的X端用内部扫描,调内部扫描与S2的信息同步,示波器上显示的是S2的交流信号按时间展开的图形,移动S2示波器上图形有时很大,有时很小。在S2移动范围内,仔细测多个出现极大值时S2的位置l1、l2、……、l n,用逐差法求出λ,再求声速v。 ②用相位比较法测声速: 示波器的X端用内部扫描,调内部扫描与S2的信息同步,移动S2示波器上的图形会从椭圆变换到一条直线,再从直线变换到一个反方向的椭圆,往复变换。在S2移动范围内,仔细测多个出现直线时S2的位置l1、l2、……、l n,用逐差法求出λ,再求声速v。 ③记录实验室的实温t。 ④用当前实温和公式求出声速,与以上两种方法求出的声速进行比较, 分析。 五、数据处理: 温度:34℃频率:37500Hz 共振干涉法(单位:mm): 218.98 213.58 209.20 204.56 199.62 194.92 190.64 185.72 180.62 176.52 相位比较法(单位:mm): 174.60 169.60 164.80 160.68 155.90 151.22 146.28 141.58 136.68 131.70 共振干涉法: λ

华中科技大学超声声速的测量课件

实验3.12 超声声速的测量 声波是一种机械波,它可以在气态、液态、固态物质中传播,它会引起物质的光学、电磁、力学、化学性质以及人类生理、心理等性质的变化。人耳能听到的声波称为可闻声波,频率在20Hz ~20kHz 之间,频率低于20Hz 的声波称为次声波,频率高于20kHz 则称为超声波。超声波在媒质中传播时,声速、声衰减和声阻抗都和媒质的特性及状态有关,通过测量这些声学量可以探知媒质的特性和状态变化。这些声学量的测量方法就是超声无损检测的实验基础。由于媒质中的声速与媒质的许多非声学特性都有直接或间接的关系,所以通过声速的测量可以求出固体媒质的弹性模量,进行气体成分分析,测定液体的比重,液体的成分及溶液浓度等。利用媒质的温度、压强、流速与声速的关系则可以探测这些状态参量的变化。媒质中的声速是应用最广而且测量精度也较高的声学量。测量声速依据的原理可以是t l v /=(l 表示声音传播的距离,t 表示通过这段距离的时间) ,也可以是λf v =(f 为声波的频率,λ为声波的波长)。本实验采用的共振干涉法和相位比较法均属于后者。 一、预备问题 1. 压电换能器是如何工作的? 2. 声波在媒质中传播的速度与哪些因素有关? 3. 何为共振干涉法和相位比较法? 二、引言 1.超声波的发射和接收 超声波的发射和接收都需要用换能器,换能器的作用是将其它形式的能量转换成超声波的能量(发射换能器),或将超声波的能量转换为其它可以检测的能量(接收换能器)。最常使用的是压电换能器。压电晶体(如石英)或压电陶瓷(如钛酸钡、锆钛酸铅)这类压电材料受到应力T 的作用会在材料内产生电场E ,且满足T E ?=σ(σ为压电常数),这就是压电效应。压电效应是法国人居里兄弟1880年在研究热电现象和晶体对称性的时候发现的。压电换能器接收超声波信号使之转换为电信号,从而将机械能转换为电能,利用的就是压电效应原理。当超声波频率与系统固有(共振)频率一致时所产生的电信号最强。压电材料还具有逆压电效应,压电材料在电场E 的作用下产生伸缩形变S ,且满足E d S ?=(d 为伸缩常数),在交变电场的作用下会产生周期性的收缩和伸长,当外加电场的频率和压电体固有频率相同时振幅最大。发射换能器利用逆压电效应就可以将电能转换成超声振动能,在周围媒质中激发超声波。 2.声速的测量 声波在媒质中传播的速度决定于媒质的密度、弹性模量等性质。声波在液体和固体中的传播速度一般大于在气体中的传播速度。声速也和媒质的压强、温度等状态有关,因为温度变化一般比压强大,所以温度对声速的影响也比较大。若频率已知,测出波长即可根据波长、频率和声速三者的关系λf v =求出波速。 (1)共振干涉法测声速 如图3.12-1 所示,S 1、S 2都是压电换能器,两者相互平行。由低频信号发生器输出的频率为f 的正弦电信号激励超声波发射器S 1发射出沿x 方向传播的近似平面超声波,经超声波接收器S 2反射后,在两端面间来回传播并叠加而形成驻波(严格地说还有行波的成份)。在驻波场中,x 处空气质点的位移y 可表示为

2.基尔霍夫定律和叠加原理的验证(实验报告答案)含数据处理

实验二 基尔霍夫定律和叠加原理的验证 一、实验目的 1. 验证基尔霍夫定律的正确性,加深对基尔霍夫定律的理解。 2. 验证线性电路中叠加原理的正确性及其适用范围,加深对线性电路的叠加 性和齐次性的认识和理解。 3. 进一步掌握仪器仪表的使用方法。 二、实验原理 1.基尔霍夫定律 基尔霍夫定律是电路的基本定律。它包括基尔霍夫电流定律(KCL)和基尔霍 夫电压定律(KVL)。 (1)基尔霍夫电流定律(KCL) 在电路中,对任一结点,各支路电流的代数和恒等于零,即 ΣI =0。 (2)基尔霍夫电压定律(KVL) 在电路中,对任一回路,所有支路电压的代数和恒等于零,即 ΣU =0。 基尔霍夫定律表达式中的电流和电压都是代数量,运用时,必须预先任意假 定电流和电压的参考方向。当电流和电压的实际方向与参考方向相同时,取值为 正;相反时,取值为负。 基尔霍夫定律与各支路元件的性质无关,无论是线性的或非线性的电路,还 是含源的或无源的电路,它都是普遍适用的。 2.叠加原理 在线性电路中,有多个电源同时作用时,任一支路的电流或电压都是电路中 每个独立电源单独作用时在该支路中所产生的电流或电压的代数和。某独立源单 独作用时,其它独立源均需置零。(电压源用短路代替,电流源用开路代替。) 线性电路的齐次性(又称比例性),是指当激励信号(某独立源的值)增加 或减小 K 倍时,电路的响应(即在电路其它各电阻元件上所产生的电流和电压 值)也将增加或减小 K 倍。 三、实验设备与器件 1. 直流稳压电源 1 2. 直流数字电压表 1 3. 直流数字毫安表 1 4. 万用表 1 5. 实验电路板 1 四、实验内容 1.基尔霍夫定律实验 按图 2-1 接线。 台块 块 块块

声速的测定实验报告

声速的测定实验报告 1、实验目的 (1)学会用驻波法和相位法测量声波在空气中传播速度。 (2)进一步掌握示波器、低频信号发生器的使用方法。 (3)学会用逐差法处理数据。 2、实验仪器 超声声速测定仪、低频信号发生器DF1027B 、示波器ST16B 。 3、实验原理 3.1 实验原理 声速V 、频率f 和波长λ之间的关系式为λf V =。如果能用实验方法测量声波的频率f 和波长λ,即可求得声速V 。常用的测量声速的方法有以下两种。 3.2 实验方法 3.2.1 驻波共振法(简称驻波法) S 1发出的超声波和S 2反射的超声波在它们之间的区域内相干涉而形成驻波。当波源的 频率和驻波系统的固有频率相等时,此驻波的振幅才达到最大值,此时的频率为共振频率。 驻波系统的固有频率不仅与系统的固有性质有关,还取决于边界条件,在声速实验中, S 1、S 2即为两边界,且必定是波节,其间可以有任意个波节,所以驻波的共振条件为: Λ Λ3,2,1,2 ==n n L λ (1) 即当S 1和S 2之间的距离L 等于声波半波长的整数倍时,驻波系统处于共振状态,驻波振幅最大。在示波器上得到的信号幅度最大。当L 不满足(1)式时,驻波系统偏离共振状态,驻波振幅随之减小。 移动S 2,可以连续地改变L 的大小。由式(1)可知,任意两个相邻共振状态之间,即 S 2所移过的距离为: () 22 2 11λ λ λ = ? -+=-=?+n n L L L n n (2) 可见,示波器上信号幅度每一次周期性变化,相当于L 改变了2λ。此距离2λ 可由超声声速测定仪上的游标卡尺测得,频率可由低频信号发生器上的频率计读得,根据f V ?=λ,就 可求出声速。 3.2.2 两个相互垂直谐振动的合成法(简称相位法) 在示波器荧光屏上就出现两个相互垂直的同频率的谐振动的合成图形——称为李沙如图形。其轨迹方程为: ()()φφφφ122122122 12 2-=-- ???? ??+???? ??Sin Cos A A XY A Y A X (5) 在一般情况下,此李沙如图形为椭圆。当相位差 12=-=?φφφ时,由(5)式,得 x A A y 12=,即轨迹为一条处在于第一和第三象限的直线[参见图16—2(a)]。

声速测量实验报告

声速测量实验报告 【实验目的】 1.学会测量超声波在空气中的传播速度的方法。 2.理解驻波和振动合成理论。 3.学会用逐差法进行数据处理。 4.了解压电换能器的功能和培养综合使用仪器的能力。 【实验仪器】 信号发生器、双踪示波器、声速测定仪。 【实验原理】 声波的传播速度v与声波频率f和波长的关系为: 可见,只要测出声波的频率f和波长 ,即可求出声速。f可由声源的振动频率得到,因此,实验的关键就是如何测定声波波长。 根据超声波的特点,实验中可以采用驻波法和相位法测出超声波的波长。 1. 驻波法(共振干涉法) 如右图所示,实验时将信号发生器输出的 正弦电压信号接到发射超声换能器上,超声发 射换能器通过电声转换,将电压信号变为超声 波,以超声波形式发射出去。接收换能器通过 声电转换,将声波信号变为电压信号后,送入示波器观察。 由声波传播理论可知,从发射换能器发出一定频率的平面声波,经过空气传播,到达接收换能器。如果接收面和发射面严格平行,即入射波在接收面上垂直反射,入射波与反射波相互干涉形成驻波。此时,两换能器之间的距离恰好等于其声波半波长的整数倍。在声驻波中,波腹处声压(空气中由于声扰动而引起的超出静态大气压强的那部分压强)最小,而波节处声压最大。当接收换能器的反射界面处为波节时,声压效应最大,经接收器转换成电信号后从示波器上观察到的电压信号幅值也是极大值,所以可从接收换能器端面声压的变化来判断超声波驻波是否形成。 移动卡尺游标,改变两只换能器端面的距离,在一系列特定的距离上,媒质中将出现稳定的驻波共振现象,此时,两换能器间的距离等于半波长的整数倍,只要我们监测接收换能器输出电压幅度的变化,记录下相邻两次出现最大电压数值时(即接收器位于

误差理论与数据处理 实验报告

《误差理论与数据处理》实验指导书 姓名 学号 机械工程学院 2016年05月

实验一误差的基本性质与处理 一、实验内容 1.对某一轴径等精度测量8次,得到下表数据,求测量结果。 Matlab程序: l=[24.674,24.675,24.673,24.676,24.671,24.678,24.672,24.674];%已知测量值 x1=mean(l);%用mean函数求算数平均值 disp(['1.算术平均值为:',num2str(x1)]); v=l-x1;%求解残余误差 disp(['2.残余误差为:',num2str(v)]); a=sum(v);%求残差和 ah=abs(a);%用abs函数求解残差和绝对值 bh=ah-(8/2)*0.001;%校核算术平均值及其残余误差,残差和绝对值小于n/2*A,bh<0,故以上计算正确 if bh<0 disp('3.经校核算术平均值及计算正确'); else disp('算术平均值及误差计算有误'); end xt=sum(v(1:4))-sum(v(5:8));%判断系统误差(算得差值较小,故不存在系统误差) if xt<0.1 disp(['4.用残余误差法校核,差值为:',num2str(x1),'较小,故不存在系统误差']); else disp('存在系统误差'); end bz=sqrt((sum(v.^2)/7));%单次测量的标准差 disp(['5.单次测量的标准差',num2str(bz)]);

p=sort(l);%用格罗布斯准则判断粗大误差,先将测量值按大小顺序重新排列 g0=2.03;%查表g(8,0.05)的值 g1=(x1-p(1))/bz; g8=(p(8)-x1)/bz;%将g1与g8与g0值比较,g1和g8都小于g0,故判断暂不存在粗大误差if g1

超声波测声速实验报告

实验名称:超声波测声速实验报告 一、实验目的 (1)、了解超声波的发射和接收方法。 (2)、加深对振动合成、波动干涉等理论知识的理解。 (3)、掌握用干涉法和相位法测声速。 二、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(共装置图。 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Xn、Xn-1即可得波长。 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:φ=2∏x/λ,其中λ是波长,x为S1和S2之间距离)。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。 三、实验仪器 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。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。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。 四、实验内容 1.调整仪器使系统处于最佳工作状态。 2.用驻波法(共振干涉法)测波长和声速。

3.用相位比较法测波长和声速。 五、实验数据及处理: f=34kHz; Vp-p=5V; L=3.976cm; 六、实验结论: 波长λ=1.0612cm; 由此声速经测算为v=(354±3)m/s; U=0.8% 七、思考题: 1.固定距离,改变频率,以求声速。是否可行? 答:不行,由“v = f λ”,距离一定后使得波长无法计算。 2.各种气体中的声速是否相同?为什么? 答:不同,因为不同气体的密度不同,声波在不同介质中波长改变,根据公式可得结论。

声速测定以及声速数据处理

【实验目的】 1.了解压电换能器的功能,加深对驻波及振动合成等理论知识的理解。 2.学习用共振干涉法、相位比较法和时差法测定超声波的传播速度。 3.通过用时差法对多种介质的测量,了解声纳技术的原理及其重要的实用意义。 【实验原理】 在波动过程中波速V 、波长λ和频率f 之间存在着下列关系:λ?=f V ,实验中可通过测定声波的波长λ和频率f 来求得声速V 。常用的方法有共振干涉法与相位比较法。 声波传播的距离L 与传播的时间t 存在下列关系:t V L ?= ,只要测出L 和t 就可测出声波传播的速度V ,这就是时差法测量声速的原理。 1.共振干涉法(驻波法)测量声速的原理: 当二束幅度相同,方向相反的声波相交时,产生干涉现象,出现驻波。对于波束1:)/X 2t cos(A F 1λ?π-ω?=、波束2:()λ?π+ω?=/X 2t cos A F 2,当它们相交会时,叠加后的波形成波束3:()t cos /X 2cos A 2F 3ω?λ?π?=,这里ω为声波的角频率,t 为经过的时间,X 为经过的距离。由此可见,叠加后的声波幅度,随距离按()λ?π/X 2cos 变化。如图28.1所示。 压电陶瓷换能器1S 作为声波发射器,它由信号源供给频率为数千周的交流电信号,由逆压电效应发出一平面超声波;而换能器2S 则作为声波的接收器,正压电效应将接收到的声压转换成电信号,该信号输入示波器,我们在示波器上可看到一组由声压信号产生的正弦波形。声源1S 发出的声波,经介质传播到2S ,在接收声波信号的同时反射部分声波信号,如果接收面(2S )与发射面(1S )严格平行,入射波即在接收面上垂直反射,入射波与发射波相干涉形成驻波。我们在示波器上观察到的实际上是这两个相干波合成后在声波接收器2S 处的振动情况。移动2S 位置(即改变1S 与2S 之间的距离),你从示波器显示上会发现当2S 在某些位置时振幅有最小值或最大值。根据波的干涉理论可以知道:任何二相邻的振幅最

超声波测声速汇总

超声波测声速 声波是一种在弹性介质中传播的机械波,它是纵波,其振动方向与传播方向一致.声速是描述声波在介质中传播特性的一个基本物理量,它与介质的特性及状态因素有关,因而通过介质中声速的测定,可以了解介质的特性或状态变化。例如,测量氯气、蔗糖等气体或溶液的浓度、氯丁橡胶乳液的比重以及输油管中不同油品的分界面等等,这些问题都可以通过测定这些物质中的声速来解决。 频率低于20Hz的声波称为次声波;频率在20Hz~20kHz的声波可以被人听到,称为可闻声波;频率在20kHz以上的声波称为超声波.超声波的传播速度就是声波的速度.由于超声波具有波长短、易发射、能定向传播等优点,在超声波段进行声速测量是比较方便的. 本实验用压电陶瓷超声换能器来测定超声波在空气中的传播速度。 [实验目的] 1.学习相位比较法测定声速的原理及方法.加深对振动合成等理论知识的理解 2.了解压电换能器的工作原理和功能,进一步熟悉信号发生器、示波器的使用 3.练习使用逐差法处理数据 [实验仪器] 声速测定组合仪,信号发生器,示波器 声速测量仪: 由发射器、接收器、游标卡尺组成。当一交变正弦电压信号加在发射器上时,由于压电晶片的逆压电效应,产生机械振动发生超声波。可移动的接收器,将接收的声振动转化为电振动信号输至示波器。接收器的位置由游标卡尺读数确定。 图1. 声速测量仪 使用方法:

左击或右击换能器,可以改变换能器面与水平方向的夹角。按下右边换能器的拖动,可以改变两个换能器之间的的距离。点击或按下窗体中上部的微调按钮,可以缓慢改变两个换能器之间的距离。 信号发生器: 图2. 信号发生器 它是一种多功能信号发生器,可以输出正弦波、方波、三角波三种波形的交变信号,信号频率范围为10Hz—2000kHz,既可分档调节,又可连续调节。信号幅度可连续调节。 1.频率显示窗口:显示输出信号的频率或外测频信号的频率,用五位数字显示信号的频率,且频率连续可调(输出信号时)。 2.幅度显示窗口:显示函数输出信号的幅度,由三位数字显示信号的幅度。 3.输出波形,对称性调节旋钮(SYM):调节此旋钮可改变输出信号的对称性。当电位器处在关闭或者中心位置时,则输出对称信号。输出波形对称调节器可改变输出脉冲信号空度比,与此类似,输出波形为三角或正弦时可使三角波调变为锯齿波, 正弦波调变为正与负半周分别为不同角频率的正弦波形,且可移相180?。(仿真实验中使用方法:右键单击进行顺时针旋转,左键打击进行逆时针旋转。) 4.速率调节旋钮(WIDTH):调节此电位器可以改变内扫描的时间长短。在外测频时,逆时针旋到底(绿灯亮),为外输入测量信号经过低通开关进入测量系统。 5.扫描宽度调节旋钮(RATE):调节此电位器可调节扫频输出的扫频范围。在外测频时,逆时针旋到底(绿灯亮),为外输入测量信号经过衰减“20dB”进入测量系统。 6.外部输入插座(INPUT):当“扫描/计数键”(13)功能选择在外扫描外计数状态时,外扫描控制信号或外测频信号由此输入。 7. TTL信号输出端(TTL OUT):输出标准的TTL幅度的脉冲信号,输出阻抗为600Ω。 8.函数信号输出端:输出多种波形受控的函数信号,输出幅度20Vp–p(1MΩ负载),10Vp–p (50Ω负载)。

测量刚体的转动惯量实验报告及数据处理

测量刚体的转动惯量实验报告及数据处理 Company number:【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】

实验讲义补充: 1.刚体概念:刚体是指在运动中和受力作用后,形状和大小不变,而且内部各点的相对位置不 变的物体。 2.转动惯量概念:转动惯量是刚体转动中惯性大小的量度。它取决于刚体的总质量,质量分 布、形状大小和转轴位置 3.转动定律:合外力矩=转动惯量×角加速度 4.转动惯量叠加: 空盘:(1)阻力矩(2)阻力矩+砝码外力→J1 空盘+被测物体:(1)阻力矩(2)阻力矩+砝码外力→J2 被测物体:J3=J2-J1 5.转动惯量理论公式:圆盘&圆环J=0.5mr2,J=0.5m(r12+r12) 6.转动惯量实验仪器:水准仪;线水平;线与孔不产生摩擦;塔轮选小的半径;至少3个塔轮 半径,3组砝码质量 7.计数器:遮光板半圈π;单电门,多脉冲;空盘15圈,20个值;加上被测物体,8个值; 8.泡沫垫板 9.重力加速度:s^2 10.质量:1次读数,包括砝码,圆盘,圆环,以及两圆柱体; 11.游标卡尺:6次读数,包括圆盘半径,圆环内外半径,塔轮半径,转盘上孔的内外半径(求 平均值) 12.实验目的:测量值与理论值对比 实验计算补充说明: 1.有效数字:质量,故有效数字为3位 2.游标卡尺:,读数最后一位肯定为偶数; 3.误差&不确定度: (1)理论公式计算的误差: 圆盘:J=0.5mR2(注意:直接测量的是直径) 质量m=±;(保留4位有效数字) um=*100%=% 半径R=± 若测6次,x1,x2,x3,x4,x5,x6,i=6,计算x平均值 , 取n=6时的 ,我们处理为0 C=,仪器允差,δB= 总误差:,ux= m

大学物理实验:超声声速测定

超声声速测定 声波特性的测量,如频率、波长、声速、声压衰减、相位等,是声波检测技术中的重要内容。特别是声速的测量,不仅可以了解媒质的特性而且还可以了解媒质的状态变化,在声波定位、探伤、测距等应用中具有重要的实用意义。例如,声波测井、声波测量气体或液体的浓度和比重、声波测量输油管中不同油品的分界面等等。 “声速的测量”是一个综合性声学实验。实验中采用压电陶瓷超声换能器通过驻波法(共振干涉法)和相位比较法测量超声波在空气中的传播速度,这是一个非电量电测方法的应用。通过这个实验可以重点学习如下内容:(1)实验方法:非电量的电测方法;测量声速的驻波法和相位比较法。(2)测量方法:利用示波器测量电信号的极大值和观察李萨如图形测量相位差的方法。(3)数据处理方法:求声波波长的逐差法。(4)仪器调整使用方法:双踪示波器和函数信号发生器的正确调节和使用方法。 【实验目的】 1.学习用驻波共振法和相位比较法测量超声波在空气中的传播速度。 2.了解压电换能器的功能。 3.学习用逐差法处理数据。 【实验仪器】 SVX-5型声速测试仪信号源、SV-DH系列声速测试仪、双踪示波器等

【实验原理】 频率介于20Hz ~20kHz 的机械波振动在弹性介质中的传播就形成声波,介于20kHz ~500MHz 的称为超声波,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,易于定向发射和会聚等优点,声速实验所采用的声波频率一般都在20KHz ~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。 根据声波各参量之间的关系可知f ?=λυ,其中υ为波速, λ为波长,f 为频率。 图4-5-1共振法测量声速实验装置 在实验中,可以通过测定声波的波长λ和频率f 求声速。声波的频率f 可以直接从低频信号发生器(信号源)上读出,而声波的波长λ则常用相位比较法(行波法)和共振干涉法(驻波法)来测量。 图4-5-2 相位比较法测量声速实验装置 1.相位比较法 实验装置接线如图4-5-2所示,置示波器功能于X -Y 方式。当S1发出的平面超声波通过媒质到达接收器S2,合成振动方程为:

大学物理实验报告数据处理及误差分析

篇一:大学物理实验1误差分析 云南大学软件学院实验报告 课程:大学物理实验学期: - 学年第一学期任课教师: 专业: 学号: 姓名: 成绩: 实验1 误差分析 一、实验目的 1. 测量数据的误差分析及其处理。 二、实验内容 1.推导出满足测量要求的表达式,即 0? (?)的表达式; 0= (( * )/ (2*θ)) 2.选择初速度A,从[10,80]的角度范围内选定十个不同的发射角,测量对应的射程, 记入下表中: 3.根据上表计算出字母A 对应的发射初速,注意数据结果的误差表示。 将上表数据保存为A. ,利用以下程序计算A对应的发射初速度,结果为100.1 a =9.8 _ =0 =[] _ = ("A. "," ") _ = _ . ad ()[:-1] = _ [:]. ('\ ') _ = _ . ad ()[:-1] = _ [:]. ('\ ') a (0,10): .a d( a . ( a ( [ ])* / a . (2.0* a ( [ ])* a . /180.0))) _

+= [ ] 0= _ /10.0 0 4.选择速度B、C、D、重复上述实验。 B C 6.实验小结 (1) 对实验结果进行误差分析。 将B表中的数据保存为B. ,利用以下程序对B组数据进行误差分析,结果为 -2.84217094304 -13 a =9.8 _ =0 1=0 =[] _ = ("B. "," ") _ = _ . ad ()[:-1] = _ [:]. ('\ ') _ = _ . ad ()[:-1] = _ [:]. ('\ ') a (0,10): .a d( a . ( a ( [ ])* / a . (2.0* a ( [ ])* a . /180.0))) _ += [ ] 0= _ /10.0 a (0,10): 1+= [ ]- 0 1/10.0 1 (2) 举例说明“精密度”、“正确度”“精确度”的概念。 1. 精密度 计量精密度指相同条件测量进行反复测量测值间致(符合)程度测量误差角度说精密度所 反映测值随机误差精密度高定确度(见)高说测值随机误差定其系统误差亦。 2. 正确度 计量正确度系指测量测值与其真值接近程度测量误差角度说正确度所反映测值系统误差 正确度高定精密度高说测值系统误差定其随机误差亦。 3. 精确度 计量精确度亦称准确度指测量测值间致程度及与其真值接近程度即精密度确度综合概念 测量误差角度说精确度(准确度)测值随机误差系统误差综合反映。 比如说系统误差就是秤有问题,称一斤的东西少2两。这个一直恒定的存在,谁来都是 这样的。这就是系统的误差。随机的误差就是在使用秤的方法。 篇二:数据处理及误差分析 物理实验课的基本程序

超声波测声速实验报告

实验名称:超声波测声速实验报告 一、实验目的 (1)、了解超声波的发射和接收方法。 (2)、加深对振动合成、波动干涉等理论知识的理解。 (3)、掌握用干涉法和相位法测声速。 二、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。 驻波法测波长: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:

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Xn、Xn-1即可得波长。 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:φ=2∏x/λ,其中λ是波长,x为S1和S2之间距离)。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。 三、实验仪器 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。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。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。 四、实验内容

1.调整仪器使系统处于最佳工作状态。 2.用驻波法(共振干涉法)测波长和声速。 3.用相位比较法测波长和声速。 五、实验数据及处理: f=34kHz; Vp-p=5V; L=3.976cm; 六、实验结论: 波长λ=1.0612cm; 由此声速经测算为v=(354±3)m/s; U=0.8% 七、思考题: 1.固定距离,改变频率,以求声速。是否可行? 答:不行,由“v = f λ”,距离一定后使得波长无法计算。 2.各种气体中的声速是否相同?为什么? 答:不同,因为不同气体的密度不同,声波在不同介质中波长改变,根据公式可得结论。 如有侵权请联系告知删除,感谢你们的配合!

声速测量数据处理与思考题

声速测量 (1)用共振干涉法和相位比较法测声速有何相同和不同? 相同之处:都用连续波测量,均依靠示波器测量 共振法:平行传播的声波与反射波产生干涉,形成驻波。改变半个波长的传播路程,驻波的波幅变化一个周期,从而可测得波长,乘以频率,得到声速。 相位法:比较接收波相对与发射波的相位差,改变一个波长的传播路径,相位变化360度,从而通过测看相位图,就可测得波长,乘以频率,得到声速。(2)声速测量试验中,定性分析共振法测量时声压振幅极大值随距离变大而减少的原因。 这是由于声波在实际介质中传播时,由于扩散、吸收和散射等原因,会随着离开声源的距离增加而自身逐渐减弱。这种减弱与传播距离、声波频率和界面等因素有关。而振幅的大小恰好表示波动能量的大小,所以随着声波的不断向前传播,振幅会逐渐变小。 1. 传播衰减:点声源、面声源、线声源三种类型不同的声源,辐射出的声波波阵面形状不同,随着传播距离增加其扩散衰减的规律也不相同。 2.吸收衰减:分为有空气吸收、绿色植被的吸收、气流和大气温度梯度的吸收。由于种种影响才会造成声波的衰减,在相同环境条件下,人耳可听到的声波范围为20HZ~20000HZ,根据频率越高,在传播过程中更易受空气等等各种的影响的道理,故衰减得比较快。 声速测量实验数据处理: 要求:(1)用逐差法处理数据,计算超声波的波长; (2)利用不确定度的间接传递,计算超声波传播速度的不确定度,并表示出测量结果; (3)计算测量时声速的理论值,并与测量值比较,得出百分误差。 1.共振干涉法测声速实验数据记录 共振频率T=20 ℃ f 37.056 KHz i 123456789101112 Li(mm)

超声波测声速

超声波测声速 实验简介: 在弹性介质中,频率从20Hz到20kHz的振动所激起的机械波称为声波,高于20kHz, 称为超声波,超声波的频率范围在2×104Hz-5×108Hz之间。超声波的传播速度,就是声波的传播速度。超声波具有波长短,易于定向发射等优点,在超声波段进行声速测量比较方便。 超声波在媒质中的传播速度与媒质的特性及状态等因素有关。因而通过媒质中声速的测定,可以了解媒质的特性或状态变化。例如,测量氯气、蔗糖等气体或溶液的浓度、氯丁橡胶乳液的比重以及输油管中不同油品的分界面等等,这些问题都可以通过测定这些物质中的声速来解决。可见,声速测定在工业生产上具有一定的实用意义。 本实验用压电陶瓷超声换能器来测定超声波在空气中的传播速度,它是非电量电测方法 的一个例子 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。 驻波法测波长 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:

的各点振幅最大,称为波腹,对应的位置: 的各点振幅最小,称为波节,对应的位置: 因此只要测得相邻两波腹(或波节)的位置Xn、X n-1即可得波长。 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: 其中λ是波长,x为S1和S2之间距离)。因为x改变一个波长时,相位差就改变2π。利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。 不同? 的李萨如图 实验内容: 1.调整仪器使系统处于最佳工作状态,换能器共振频率约为35KHz。 2.用驻波法(共振干涉法)测波长和声速。 3.用相位比较法测波长和声速。 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 实验仪器:

叠加原理 实验报告范文(含数据处理)

创作编号: GB8878185555334563BT9125XW 创作者:凤呜大王* 叠加原理实验报告范文 一、实验目的 验证线性电路叠加原理的正确性,加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。 二、原理说明 叠加原理指出:在有多个独立源共同作用下的线性电路中,通过每一个元件的电流或其两端的电压,可以看成是由每一个独立源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。 线性电路的齐次性是指当激励信号(某独立源的值)增加或减小K倍时,电路的响应(即在电路中各电阻元件上所建立的电流和电压值)也将增加或减小K倍。 三、实验设备 高性能电工技术实验装置DGJ-01:直流稳压电压、直流数字电压表、直流数字电流表、叠加原理实验电路板DGJ-03。 四、实验步骤 1.用实验装置上的DGJ-03线路,按照实验指导书上的图3-1,将两路稳压电源的输出分别调节为12V和6V,接入图中的U1和U2处。 2.通过调节开关K1和K2,分别将电源同时作用和单独作用在电路中,完成如下表格。 表3-1

3.将U2的数值调到12V,重复以上测量,并记录在表3-1的最后一行中。 4.将R3(330 )换成二极管IN4007,继续测量并填入表3-2中。 表3-2 五、实验数据处理和分析 对图3-1的线性电路进行理论分析,利用回路电流法或节点电压法列出电路方程,借助计算机进行方程求解,或直接用EWB软件对电路分析计算,得出的电压、电流的数据与测量值基本相符。验证了测量数据的准确性。电压表和电流表的测量有一定的误差,都在可允许的误差范围内。 验证叠加定理:以I1为例,U1单独作用时,I1a=8.693mA,,U2单独作用时, I1b=-1.198mA,I1a+I1b=7.495mA,U1和U2共同作用时,测量值为7.556mA,因此叠加性得以验证。2U2单独作用时,测量值为-2.395mA,而2*I1b=-2.396mA,因此齐次性得以验证。其他的支路电流和电压也可类似验证叠加定理的准确性。 对于含有二极管的非线性电路,表2中的数据不符合叠加性和齐次性。

声 速 的 测 量(超声波法)

声速的测量(超声波法) 声波是一种在弹性媒质中传播的机械波。声波在媒质中传播时,声速,声强等诸多参量都和媒质的特性与状态有关,通过测量这些声学量可以测知媒质的特性及状态变化。例如,通过测量声速可求出固体的弹性模量:气体、液体的比重、成分等参量。 在同一媒质中,声速基本与频率无关,例如在空气中,频率从20赫兹变化到8万赫兹,声速变化不到万分之二。由于超声波具有波长短,易于定向发射,不会造成听觉污染等优点,我们通过测量超声波的速度来确定声速。超声波在医学诊断,无损检测,测距等方面都有广泛应用。 声速的测量方法可分为两类;第一类方法是直接根据关系式v=S/t,测出传播距离S和所需时间t后即可算出声速,称为“时差法”。第二类方法是利用波长频率关系式v=fλ,测量出频率f和波长λ来计算出声速。 【实验目的】 1.了解超声换能器的工作原理和功能 2.学习不同方法测定声速的原理的技术 3.熟悉测量仪和示波器的调节使用 4.测定声波在空气及水中的传播速度 【实验仪器】 QSSV-2型声速测定实验仪、示波器 【实验原理】 一、声速在空气中的传播速度 在理想气体中声波的传播速度为 v=(1)式中γ =Cp/Cv称为比热比,即气体定压比热容与定容比热容的比值,μ是气体的摩尔质量,T是绝对温度,R=8.31441J/moL?K为普适气体常数。由(1)式可见,声速与温度有关,又

与摩尔质量μ及比热比γ有关,后两个因素与气体成分有关因此,测定声速可以推算出气体的一些参量。利用(1)式的函数关系还可制成声速温度计。 在正常情况下,干燥空气成分按重量比为氮:氧:氩:二氧化碳=78.084:20.946:0.934:0.033。它的平均摩尔质量为0μ=28.94×10-3 kg/moL 在标准状态下,干燥空气中的声速为0 v =331.5m/S 。在温室t ℃下,干燥空气中的声速为 0v v = (2) 式中T0=273.15K 。由于空气实际上并不是干燥的,总含有一些水蒸气,经过对空气平均摩尔质量a μ和比热比γ的修正,在温度为t 、相对温度为t 0的空气中,声速为 (3) 式中s p 为t ℃时空气的饱的和蒸气压,可从饱和蒸气压、蒸气压和温度的关系表中查出;P为大气压,取P =1.013×105Pa 即可;相对温度r 可从干湿温度计上读出。由这些气体参量可以计算出声速,故(3)式可作为空气中声速的理化计算公式。 二、测量声速的实验方法 声速的传播速度v 与声波频率f 和波长λ的关系为 v = f λ (4) 测出声波的频率和波长,就可以求出声速。其中声波频率可通过测量声源的振动频率得出,剩下的任务就是测声波波长,也就是本实验的主要任务。 波长可用下面两种方法测出: 1.相位法:波是振动状态的传播,也可以说相位传播。沿传播方向上的任何两点、如果其振动状态相同(同相)或者说其相位差为2π的整数倍,这时两点间的距离应等于波长λ的整数倍,即 L=n λ (n 为-正整数) (5) v =

数据采集与处理实验报告3

大连海事大学实验报告 专业班级:环境工程2011-1 学号:2220113199 姓名:陈凡 课程名称:数据采集与处理技术 实验时间:6月18号 指导教师:刘明(电航101) 实验名称:实验三 金属箔式应变片——全桥性能实验 一、实验目的:了解全桥测量电路的优点。 二、基本原理:全桥测量电路中,将受力方向相同的两应变片接入电桥对边,相反的应变片接入电桥邻边。当应变片初始阻值:R 1=R 2=R 3=R 4,其变化值ΔR 1=ΔR 2=ΔR 3=ΔR 4时,其桥路输出电压U 03=KEε。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍,非线性误差和温度误差均得到改善。 三、需用器件和单元:同实验二。 四、实验步骤: 1、将托盘安装到应变传感器的托盘支点上。将实验模板差动放大器调零:用导线将实验模板上的±15v 、⊥插口与主机箱电源±15v 、⊥分别相连,再将实验模板中的放大器的两输入口短接(V i =0);调节放大器的增益电位器R W3大约到中间位置(先逆时针旋转到底,再顺时针旋转2圈);将主机箱电压表的量程切换开关打到2V 档,合上主机箱电源开关;调节实验模板放大器的调零电位器R W4,使电压表显示为零。 图3—1 全桥性能实验接线图 2、2、拆去放大器输入端口的短接线,根据图3—1接线。实验方法与实验二相同,将实验数据填入

表3画出实验曲线;进行灵敏度和非线性误差计算。实验完毕,关闭电源。 表2 五、实验数据处理 1、根据表2画出实验U-W 曲线 取图中点(20,0.015)、(200,0.157)得曲线斜K=S 2=ΔU/ΔW=(0.157-0.015)/(200-20)=0.000789v/g Δm 在点(60,0.047)处取得,Δm=0.001,δ=Δm/y FS ×100%=0.001/200×100%=0.0005% 六、思考题: 1、测量中,当两组对边(R 1、R 3为对边)电阻值R 相同时,即R 1=R 3,R 2=R 4,而R 1≠R 2时,是否可以组成全桥:(1)可以(2)不可以。 2、某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片,如图3—2,如何利用这四片应变片组成电桥,是否需要外加电阻。 图3-2应变式传感器受拉时传感器圆周面展开图

大学物理实验报告-声速的测量

声速的测量 【实验目的】 1.学会用共振干涉法、相位比较法以及时差法测量介质中的声速 2.学会用逐差法进行数据处理; 3.了解声速与介质参数的关系。 【实验原理】 由于超声波具有波长短,易于定向发射、易被反射等优点。在超声波段进行 声速测量的优点还在于超声波的波长短,可以在短距离较精确的测出声速。 超声波的发射和接收一般通过电磁振动与机械振动的相互转换来实现,最常 见的方法是利用压电效应和磁致伸缩效应来实现的。本实验采用的是压电陶瓷制 成的换能器(探头),这种压电陶瓷可以在机械振动与交流电压之间双向换能。 声波的传播速度与其频率和波长的关系为: v f λ=? (1) 由(1)式可知, 测得声波的频率和波长,就可以得到声速。同样,传播速度亦可用 /v L t = (2) 表 示,若测得声波传播所经过的距离L 和传播时间t ,也可获得声速。 1. 共振干涉法 实验装置如图1所示,图中和为压电晶体换能器,作为声波源,它被低频信号发生器输出的交流电信号激励后,由于逆压电效应发生受迫振动,并向空气中定向发出以近似的平面声波;为超声波接收器,声波传至它的接收面上时,再被反射。当和的表面近似平行时,声波就在两个平面间来回反射,当两个平面间距L 为半波长的整倍数,即 (3) 时,发出的声波与其反射声波的相位在处差(n=1,2 ……),因此形成 共振。 因为接收器的表面振动位移可以忽略,所以对位移来说是波节,对声压来说是波腹。本实验测量的是声压,所以当形成共振时,接收器的输出会出现明显

增大。从示波器上观察到的电信号幅值也是极大值(参见图2)。 图中各极大之间的距离均为,由于散射和其他损耗,各级大致幅值随距离增大而逐渐减小。我们只要测出各极大值对应的接收器的位置,就可测出波长。由信号源读出超声波的频率值后,即可由公式(1)求得声速。 2.相位比较法 波是振动状态的传播,也可以说是位相的传播。沿波传播方向的任何两点同相位时,这两点间的距离就是波长的整数倍。利用这个原理,可以精确的测量波 长。实验装置如图1所示,沿波的传播方向移动接收器,接收到的信号再次与 发射器的位相相同时,一国的距离等于与声波的波长。 同样也可以利用李萨如图形来判断位相差。实验中输入示波器的是来自同一信号源的信号,它们的频率严格一致,所以李萨如图是椭圆,椭圆的倾斜与两信 号的位相差有关,当两信号之间的位相差为0或时,椭圆变成倾斜的直线。 3.时差法 用时差法测量声速的实验装置仍采用上述仪器。由信号源提供一个脉冲信号经发出一个脉冲波,经过一段距离的传播后,该脉冲信号被接收,再将该信号返回信号源,经信号源内部线路分析、比较处理后输出脉冲信号在、之间 的传播时间t,传播距离L可以从游标卡尺上读出,采用公式(2)即可计算出声速。 4.逐差法处理数据 在本实验中,若用游标卡尺测出个极大值的位置,并依次算出每经过个 的距离为 这样就很容易计算出。如测不到20个极大值,则可少测几个(一定是偶数),用类似方法计算即可。

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