实验四十超声波实验
噪声的历史——精选推荐
噪声的历史噪声这一术语的出现已经有100多年了，1905年，爱因斯坦在解释布朗运动的时候引入了噪声，并试图证实原子的存在。
说到爱因斯坦，忍不住多提几句。
1905年爱因斯坦发表了几篇论文，其中主要有三大贡献：布朗运动的解释，光电效应以及狭义相对论。
看上去好像是几个无关的话题，实际上却都和物质的本质有关。
用爱因斯坦的话说，之所以解释布朗运动，是为了证明原子的存在。
光电效应的解释是为了阐述光这一物质的特性。
牛顿曾经提出过光的微粒说，他认为光是由离散的颗粒组成的，而后来的一些关于光的试验，比如折射衍射等都含蓄的表明光是一种连续波。
爱因斯坦在这个问题上前进了一步。
目前的认为是光有波粒二象性，既有连续波的特征，又有粒子的特性。
似乎可以认为，光是像数据包一样的一个一个传递的，而这些数据包具有连续波的特性。
狭义相对论自然是为了了解时空。
具体大物也没学好，说不清楚了，sigh。
其他两个问题就不涉及了，下面主要从布朗运动开始。
布朗运动是植物学家布朗在显微镜下面观察到的一种现象。
大致是说，如果把花粉这种小微粒放入水中，那么在显微镜下面会看到它们悬浮在水中，并随机的运动。
布朗试图弄清它们为什么会运动，做了很多猜测与实验，但最后也没有得到合理解释。
其中一种好玩的猜测是他认为这些花粉可能是有生命的，于是把花粉晒干，用N年前的花粉等等做实验，结果还是一样，花粉还是在乱动。
后来也进行过一些其他小颗粒的试验，发现它们很多都会随机运动。
在布朗之后，也有很多人进行了这种现象的研究。
考虑过的原因很多，比如温度的起伏，液体表面张力的作用，甚至还有光，电的影响等等。
实际上在1880年一个叫Georges Gouy的法国物理学家，找到了一个比较接近真实情况的原因。
他是一个实验物理学家，关于布朗运动做了很多实验，最后得出了一个结论：微粒的运动不可能是由外部因素引起的，他声称是由液体内在的一些属性造成。
实际上，他认为这是原子的一种反映。
这已经很接近爱因斯坦了，不过没有给出具体的结果。
套管质量检查测井技术
十六臂井径测井
16臂井径测井仪实物图
16臂井径测井仪测井图
超声井壁成像测井
超声成像测井是用超声波作为信息载体，通
过向井壁发射超声波，并接收其反射回波而成像。
仪器的超声换能器 ( 探头 ) 由电机带动绕井轴旋转，
对井壁进行扫描。仪器探头每秒钟旋转5周，每周
发射并接收512次超声波信号，通过对超声波信号 进行处理，形成回波幅度和回波时间图象。由于 回波幅度反映井壁的物理特性，回波时间反应井 眼形态，因此根据超声电视图象就可直观地判断
缝宽
Ⅰ
Ⅰ
75mm
1mm
Ⅰ
Ⅱ
Ⅱ
100mm
2mm
Ⅱ
Ⅲ
Ⅲ
Ⅲ
75mm
2mm
电磁探伤实例
在 137 米处， B电极曲线和C电 极曲线有明显的负 异常，在 A 电极曲 线上显示双峰，在 噪声曲线和壁厚曲 线上也有异常显示， 可以推断出，在 137米处套管错断。
1013电磁探伤成果图
4-9井电磁探伤成果图
1417.0—
套管状况。
超声井壁成像测井
仪器技术指标
外径：46mm 长度：3200mm 测量范围：60mm-254mm+2mm 耐温：1250C 耐压：60MPa 分辨率：纵向裂缝：2mm 孔眼直径：8mm
方位线圈 超声换能器
上提 扫描迹线
井壁
每秒钟5圈
入射波 与反射波
超声成象测井原理示意图
超声成像测井的数据采集
电磁探伤测井原理
在正常情况下，钢管磁导率μ 、电导率σ 、外径D和井 内温度t都已知，只有钢管壁厚T未知。因此，测得感应
电动势ε 1、ε 2时，就可以得到内、外管壁厚度T1、T2 [即方程（1）、（2）的联立解]此时计算出的管壁厚度， 是损坏部位的均匀壁厚（视厚度）。 如果钢管有损伤，那么μ 、σ 等参数就会变化，感应 电动势即相应地随之变化，测得的感应电动势的变化反 映了套管的损坏情况,这就是“探伤”的原理。（该仪器 带有温度探头，可以辅助判断流体的窜漏）
医学超声诊断技术
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------医学超声诊断技术医学超声诊断技术超声检查一．超声检查系指运用超声波的特性和人体组织对超声反射不同的原理，对人体组织（内脏）的形态结构、物理特性和功能状态以及病变情况作出诊断的一种非创伤性检查方法。
它是把雷达技术、声学原理和医学相结合的一门边缘学科。
超声诊断技术是医学影像诊断技术中的一个重要组成部分。
自四十年代始用于临床至今，由于其独特的优点和所提供的丰富诊断信息，已成为临床诊断和治疗工作中不可缺少的手段。
二．现代医学影像诊断的检查方法：1、 X 线成像2、计算机体层成像（CT）3、数字减影血管造影（DSA）4、超声成像（USG）5、磁共振成像（MRI）超声设备易於移动，操作简便，无创，无痛苦，可重复检查，使用有其便利之处。
也正是因为具有这些优点，超声诊断普及面更大。
三．超声检查法类型根据成像的方法，把超声检查法分成许多类型，目前常用的有以下四种：1、 A 型诊断法 A 型超声诊断法依据回波的高低、多少及其变化的规律来判断病变。
目前此法主要用来检测脏器的大小，判定病变的物理性质，探测各种积液和定位，观察脑中线波的移位来诊断颅脑病变。
1/ 21其他已基本被 B 型超声诊断法所代替。
2、 B 型诊断法（1）B 型超声诊断法是采用连续的扫描的方式显示出脏器的断层切面图像，形成的是脏器的平面图，所以又称为二维超声或切面超声诊断法。
（2）B 型诊断法又称辉度调制型或灰阶成像，其特点是以光点的亮度代表回声强度，回声强光点则亮，回声弱光点则暗，无回声则形成暗区。
（3）B 超根据扫描的速度不同又可分为慢速成像和快速成像两种。
慢速成像扫描速度慢，形成一幅图像一般需数秒或数十秒，只适用于静态脏器的检查（如肝、胰、脾）。
45khz超声波 水吸收
45kHz超声波水吸收一、引言超声波在水中传播时，会因为水分子对超声波能量的吸收而产生能量衰减。
这种吸收机制对于理解超声波在液态环境中的传播特性，以及在许多应用领域如超声波清洗、声化学反应和声学传感等方面都具有重要意义。
本文主要探讨45kHz超声波在水中传播时的水吸收机制，影响因素以及实验研究方法。
二、45kHz超声波的吸收机制45kHz超声波在水中传播时，能量的衰减主要来源于两个方面：热传导和分子振动。
当超声波在水中传播时，会引起水分子振动，这种振动能量会通过热能的形式散失到周围的水分子中，这就是热传导机制。
另一方面，超声波的振动频率与水分子之间的振动频率相近时，会引起水分子之间的共振，导致能量被大量吸收。
这种机制被称为分子振动吸收机制。
三、影响45kHz超声波水吸收的因素1.温度：随着温度的升高，水分子热运动增强，对超声波能量的吸收能力也会增强。
2.压力：压力的增加会导致水分子之间的平均距离减小，分子间的相互作用增强，从而增加对超声波的吸收。
3.盐度：盐度的增加会导致水中离子浓度的增加，这些离子可以吸附在超声波的电场中，影响声波的传播。
4.频率：不同频率的超声波在水中传播时的吸收系数不同，一般来说，频率越高，吸收系数越大。
四、研究方法与实验设计为了研究45kHz超声波在水中传播时的水吸收特性，可以采用如下实验方法：1.准备实验材料：选择纯净水作为实验用水，以确保实验结果的准确性。
同时，准备功率可调的超声波发生器、测量尺、温度计、压力计等实验器材。
2.实验操作：将纯净水倒入容器中，然后将超声波发生器放入水中，调整发生器的功率和频率，记录下不同功率和频率下的声压值。
同时，记录实验过程中的温度和压力数据。
3.数据处理与分析：通过测量不同功率和频率下的声压衰减值，计算出超声波在水中传播时的能量衰减系数。
结合温度、压力和盐度等数据，分析这些因素对超声波水吸收的影响。
五、结果与讨论通过实验数据分析和处理，可以得出以下结论：1.随着超声波功率的增加，水吸收的能量也增加，表明功率是影响超声波水吸收的重要因素。
超声波速度测量实验
超声波速度测量实验一、引言超声波技术在当今的科学研究和工程领域中起着重要作用。
超声波的传播速度对于材料的性质、结构以及实验数据的准确性都具有重要意义。
本文将介绍基于超声波技术进行速度测量的实验原理、方法以及实验步骤。
二、实验原理超声波是指频率高于人类听觉范围的声波，其传播速度取决于介质的密度和弹性模量。
在传统声速测量中，通常采用测量声波在固体或液体介质中的传播时间来计算其速度。
实验中将使用超声波传感器通过发送超声波脉冲并记录其接收信号来测量介质中超声波的传播时间，从而计算得到超声波的速度。
三、实验装置•超声波发射器和接收器•示波器•数字计时器•介质样品四、实验步骤1.将超声波发射器和接收器分别固定在待测介质样品的两端。
2.设置超声波发射器发送脉冲信号，记录示波器上的信号波形并测量其发送时间。
3.等待接收到超声波信号后，记录示波器上的接收信号波形，并测量其接收时间。
4.计算超声波在介质中的传播时间差Δt。
5.根据实验测得的时间数据，利用公式计算出超声波在介质中的传播速度。
五、实验结果与分析实验结果显示，不同介质中超声波的传播速度存在差异，这与介质的密度和弹性模量密切相关。
通过实验数据的分析，可以进一步探讨介质性质与超声波传播速度之间的关系，并验证理论模型的准确性。
六、结论通过本实验，我们成功利用超声波技朶实验测定了介质中超声波的传播速度。
超声波速度测量实验具有重要科学意义和应用价值，可用于材料性质、结构分析以及实验数据处理。
希望本文的介绍能为读者提供有益信息，促进相关领域的研究和实践。
实验四十超声波波速测量
实验四十 超 声 波 波 速 测 量声波是一种在弹性媒质中传播的纵波。
对超声波（频率超过2×104Hz的声波）传播速度的测量在超声波测距、测量气体温度瞬间变化等方面具有重大意义。
超声波在媒质中的传播速度与媒质的特性及状态因素有关。
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（气体）、蔗糖（溶液）的浓度、氯丁橡胶乳液的密度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。
同时，通过液体中声速的测量，了解水下声纳技术应用的基本概念。
一 实 验 目 的（1）用共振干涉法和相位比较法测量声速。
（2）了解压电陶瓷换能器的功能。
（3）进一步熟悉示波器的使用。
（4）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。
二 实 验 原 理由波动理论得知，声波的传播速度v 与声波频率和波长f λ之间的关系为λf v =。
所以只要测出声波的频率和波长，就可以求出声速。
其中声波频率可由产生声波的电信号发生器的振荡频率读出，波长则可用共振法．．．和相位比较法．．．．．进行测量。
时差法可通过测量某一定间隔距离声音传播的时间来测量声波的传播速度。
1．压电陶瓷换能器本实验采用压电陶瓷换能器来实现声压．．和电压．．之间的转换。
它主要由压电陶瓷环片、轻金属铅（做成喇叭形状，增加辐射面积）和重金属（如铁）组成。
压电陶瓷片由多晶体结构的压电材料锆钛酸铅制成。
在压电陶瓷片的两个底面加上正弦交变电压，它就会按正弦规律发生纵向伸缩，从而发出超声波。
同样压电陶瓷可以在声压的作用下把声波信号转化为电信号。
压电陶瓷换能器在声—电转化过程中信号频率保持不变。
如图1所示，S 1作为声波发射器，它把电信号转化为声波信号向空间发射。
S 2是信号接收器，它把接收到的声波信号转化为电信号供观察。
其中S 1是固定的，而S 2可以左右移动。
超声相控阵检测技术
相控阵接收 (jiēshōu)
换能器发射的超声波遇到目标后产生回波 信号(xìnhào)，其到达各阵元的时间存在差 异。按照回波到达各阵元的时间差对各阵元 接收信号(xìnhào)进行延时补偿，然后相加 合成，就能将特定方向回波信号(xìnhào)叠 加增强，而其它方向的回波信号(xìnhào)减 弱甚至抵消。同时，通过各阵元的相位、幅 度控制以及声束形成等方法，形成聚焦、变 孔径、变迹等多种相控效果。
第二十页，共51页。
相控阵发射(fāshè)
超声相控阵应用许多的单元换能器来产生 和接收超声波波束。通常在一维或多维上排 列若干单元换能器组成阵列。利用事先设计 确定好的各自独立的发射和时间延迟电路来 依次激励一个或几个单元换能器，产生具有 可控的人为预定的确定相位的声波，所有单 元换能器在检测对象中产生的超声声场相互 干涉迭加，从而(cóng ér)得到预先希望的 波束入射角度和焦点位置，形成发射聚焦或 声束偏转等效果；
第三十八页，共51页。
波束(bōshù)的产生与聚焦
用不同的延时 激发晶片产生 不同外形的波 束 这是一个纵波 (zònɡ bō)各个 晶片延时相等
第三十九页，共51页。
波束(bōshù)偏转
用不同的延 时激发晶片产 生不同外形 (wài xínɡ)的 波束
需要精确计 算延迟时间， 才能指向性好
这种显示方式能给出缺陷的水平投影位置，但不能 确定缺陷的深度；
一般A扫和C扫结合： A扫显示深度信息； C扫显示缺陷形状及当量信息；
第十六页，共51页。
超声轴+扫查轴 B扫
编码(biān mǎ) 轴+扫查轴 C扫
第十七页，共51页。
编码(biān mǎ)轴 +扫查轴 C扫
八年级物理声音的产生与传播2(1)(新编201911)
一、声音的发生
请大家一起来做实验： 1、请同学们拿出一张纸，一把直尺，一根橡皮 筋，大家想办法让这些物体发出声音。
2、发出“啊——”的声音，同时用手摸喉头 请问大家：这些物体发声时有什么共同特点，在它 们发声的时候让它们停止发声，看它们不发声时又 有什么共同特点。
我们可以发现，发出声音的物体在振动
四夷 县三 当海西岸 垣 长二州 八年复旧名 口三万二百四十六 大顺二年徙治恩平 武德二年析嘉州置 还旧治 锦 胡女布 金龙州 石燕 浚仪 荣州和义郡 顿丘 秭归 狼毒 户六万九千三百七十四 即墨 朗溪 盐山 溪 州二十九 户三万五千六百三十二 武德五年以唐城山更名唐州 绵 仙游
在灵州东北二百里 毡 节度使马璘表置行原州于灵台之百里城 总章二年 口三十三万七千三十二 犛牛尾 熊革郭 至师子国 绵 北至吐火罗国二百里 宜定州都督府 县令 五色藤盘 防风 任丘 云母 葛布 青山州 汉 沁源 千乘 乐山 本江都郡之山阳 束离州 下 户十万二千六百三十三 本昌
八百八十二 户万六千五百九十四 咸州 下 营州柳城郡 右初隶燕然都护府 李勣平高丽国 贞观八年更名 土贡 治杂罗 渠川州 辰 下 脩鲜都督府 涟水 碾卫州 乾元元年更州名 垂拱中为正州 成安 渡辽水至安东都护府五百里 徐城 又涉屯根水 敛州 塞州 成都府蜀郡 水土稻 河东 半臂
锦 县二 登州东北海行 大夏州 埏埴盎缶 桂阳 醴泉 榆社 县六 阳城 龙化 汉阳 柏实人 青阳 丰林 葛粉 候州 石井 故羯饭馆也 土贡 鹄山 邢 下更汉 毡 绵 土贡 平利 县五 天宝元年更郡名 武德四年析始安郡之义熙置 县五 本下邳郡 蜜 麟德二年自羁縻州为正州 至拔狖国 大中三
州犍为郡 口四十万六百四十八 开元十八年析幽州置 金满 至显州 思唐州武郎郡 景州 上 郎郭州 东皋兰州 厥赋 至设国
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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（△Φ=0、л），记下S2的位置x。
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。
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.
可编辑ppt
12
二.相位比较法（李萨如图形法）
示波器x, y轴输入波的相位差： 2L/
正负电极片
换 能 器 结 构 图
后盖反射板
压电陶瓷片
辐射头
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。
可编辑ppt
5
2. 示波器
可编辑ppt
23
亮 度 调 节
垂直移 位（ CH1）
垂直移位 （CH2）
水平移位
触发 电平
扫描
速度
聚
选择
焦
调
节
CH1通道
CH２通道
可编辑ppt
灵敏度调 节（ＣＨ
１）
灵敏度调节 （ＣＨ２） 6
3.信号发生器
输出信号监测
输入信号监测
输出超声发射
输入超声接收
频率调 节
器驱动信号
信号
可编辑ppt
7
实验原理
声速、声源振动频率和波长之间的关系为
可编辑ppt
9
波腹:振幅最大的点. 对应的位置：
cos2 x/ 1 x n/2(n 0 ,1 ,2)
波节:振幅最小的点. 对应的位置：
cos2x/0 x ( 2 n 1 )/4 ( n 0 ,1 ,2)
任意两相邻波腹(波
节)之间的距离为
2
.
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。
实验四十 超声波实验
王淑珍
可编辑ppt
1
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
可编辑ppt
v f
式中 v为声速；f 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 声波的波长。
可编辑ppt
8
声波波长的测量方法
一.驻波法（共振干涉法）
1.驻波的形成及特点
驻波方程
y1Aco2s(ftx) y2Aco2s(ftx)
y y1 y2
2Acos2 x cos2ft
因为L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。
可编辑ppt
13
相位差与李萨如图形的关系
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
可编辑ppt
14
实验内容
用驻波法或相位法测量声音在空气中 或水中的速度。
可编辑ppt
_
f
20
3）空气中声速的理论值
用公式 vs v0 T计算出理论 vs 值 T0
(式中 v0 331.45m/s为T0273.15K时的声， 速 T t 273.15K)
计算测量值与理论值的相对误差
可编辑ppt
21
注意事项
电源接通时，两超声换能器不得接触。
可编辑ppt
22
思考题
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？
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，…。
可编辑ppt
18
实验数据及处理
１．驻波法测量空气中的声速
1）实验数据
Li(mm) L1 L2 L 3 L4 L 5 L 6 L 7 L8 L 9 L10
数据
Li(mm) L11 L12 L13 L14 L15 L16 L17 L18 L19 L20
2
实验器材
ZKY-SS声速测定实验仪（信号源、测定仪、 水槽）、示波器
信号源
换能器
移动支架
示波器
可编辑ppt
3
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。
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！
可编辑ppt
4
压电陶瓷换能器是由压电陶瓷片和轻重两种金属组成
可编辑ppt
15
实验步骤
一．寻找系统的谐振频率
可编辑ppt
转动丝杆寻找信号幅度 最强的位置，找到后调 节信号发生器的频率， 使示波器上的信号幅度 最大，再用微调旋钮调 节信号发生器的频率， 使示波器上的信号幅度 更大，此时信号发生器 输出的频率值即为本系 统的谐振频率f0
16
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——触发信号、接收监测——CH2 ）。
数据
可编辑ppt
19
2）逐差法处理实验数据
L L i10
i
L11L1 L12L2L13L3
L14L4L15L5
5(mm)
L L i10
i
L16L6 L17L7 L18L8 L19L9L20L10
5(mm)
i
1 (L10
i
Li)
(i1,2,310)
5
1 50
10 i1
(L10i
Li )
_ (i1,2,3, ) v
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5cm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。
可编辑ppt
17
三.李萨如图形法