测量超声波在空气中的损耗系数
超声衰减系数定义
超声衰减系数定义
超声衰减系数是指超声波在介质中传播过程中衰减的程度，可用来描述超声波
在介质中传播时受到的能量损失。
超声波在介质中传播时，会遇到各种因素导致能量的损失，包括散射、吸收、
衍射和反射等。
超声衰减系数是一种衡量超声波传播过程中能量损失的物理量。
超声衰减系数通常用符号α来表示，其单位为dB/cm或Np/m（负号表示波能
递减）。
它的定义为单位长度介质中超声波功率递减的比例，即单位长度中传输的平均能量损失。
超声衰减系数的计算可以通过实验测量获得。
一种常见的测量方法是通过比较
入射超声波和透射超声波的幅度差异来确定衰减系数。
在实验中，可以使用超声传感器将入射波和透射波的信号进行检测和记录，并计算幅度的差异。
超声衰减系数在医学、工程和材料科学等领域具有广泛的应用。
在医学诊断中，超声衰减系数可以用来评估组织的病理变化。
在材料科学中，超声衰减系数可以用来研究材料的结构和性质。
在工程领域，超声衰减系数可以用来优化声波传播系统的设计。
总之，超声衰减系数是描述超声波传播过程中能量损失的物理量，它的计算可
以通过实验测量获得，具有广泛的应用价值。
超声波衰减系数的测量实验报告
北京交通大学大学物理实验设计性实验报告实验题目超声波衰减系数的测量学院电气工程学院班级学号姓名首次实验时间年月日超声波衰减系数的测量实验方案一、实验任务：超声波在介质中传播，声波衰减与介质的特性和状态有关系，试用超声声速测定仪研究超声波在空气和液体（水）中的衰减系数，并研究超声波的频率与激励电信号波型对超声波在空气和水中的衰减系数的影响。
要求衰减系数测量误差不大于5%。
二、实验要求：1、参阅相关资料，了解超声波换能器种类，特别是压电式超声换能器工作原理。
了解超声波在不同介质中的传播特性。
2、熟悉超声声速测定仪和示波器的使用方法。
3、采用两种频率的正弦波分别测试超声波空气和液体（水）中的衰减系数，并确认数据结果的误差符合设计要求。
4、采用方波或脉冲波再分别测试超声波空气和液体（水）中的衰减系数，并确认数据结果的误差符合设计要求。
三、实验方案：1、物理模型的确立：超声波在损耗介质中的准驻波效应图1.超声波波束在空气中的传播和反射设产生超声波的波源处于坐标系原点O ，入射超声波波束沿坐标系x 轴方向传播，其波动方程为：()0=A exp y i t x ωγ-⎡⎤⎣⎦入 （1） 反射波的波动方程为：()(){}00=exp 2y RA i t x x ωγ+-反 （2） 其中，R 为反射系数，k i γα=-为波的传播系数，α是介质的衰减系数，2k πλ=是波矢。
入射波和反射波在0～0x 区间叠加，其合成波的波动方程为：()(){}()()()(){}0000022000000exp exp 2cos cos 2sin sin 2x x x x i t x x y A i t x RA i t x x e A e kx RA e k x x i A e kx RA e k x x ααωααωγωγ----=-++-⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦⎡⎤⎡⎤=+----⎣⎦⎣⎦O X 0 X（3）合成波各点均作简谐振动，其振幅分布为：()()12002222002Re cos 2x x x x A A e R e k x x ααα---⎡⎤=++-⎣⎦（4） 如果利用超声波接收器作反射面，则超声波接收器收到的合成波振幅为: ()01x A A R e α-=+ (5) 因为超声波发生器和接收器是由同一材料制成，所以有：00A U A U =（6） 其中0U 是信号发生器输出电压数值，U 是示波器显示电压数值。
超声波吸收系数
超声波吸收系数
摘要：
1.超声波吸收系数的定义
2.超声波吸收系数的测量方法
3.超声波吸收系数的影响因素
4.超声波吸收系数的应用
正文：
一、超声波吸收系数的定义
超声波吸收系数是指超声波在介质中传播时，由于介质的吸收作用而引起的超声波能量损耗的度量。
它是反映介质吸声性能的一个重要参数，对于研究和应用超声波技术具有重要意义。
二、超声波吸收系数的测量方法
超声波吸收系数的测量方法主要有以下两种：
1.透射法：透射法是将超声波从一个介质传入另一个介质，测量入射波和透射波之间的能量比，从而得出吸收系数。
2.反射法：反射法是将超声波从一个介质传入另一个介质，测量反射波和入射波之间的能量比，从而得出吸收系数。
三、超声波吸收系数的影响因素
超声波吸收系数的大小受多种因素影响，主要包括：
1.介质的物理性质：不同介质的密度、黏度、比热容等物理性质都会影响超声波的吸收系数。
2.频率：超声波的频率越高，其在介质中的传播速度越慢，吸收系数也越大。
3.温度：温度对超声波的吸收系数也有影响，一般情况下，温度越高，吸收系数越大。
四、超声波吸收系数的应用
超声波吸收系数在许多领域都有广泛应用，例如：
1.声学材料研究：通过测量超声波吸收系数，可以评估声学材料的吸声性能，为声学材料的设计提供依据。
2.医学成像：在医学成像领域，超声波吸收系数可以帮助评估组织器官的生理状态，为诊断和治疗提供参考。
3.工业检测：在工业检测领域，超声波吸收系数可以用于评估材料的质量，如检测裂纹、缺陷等。
总之，超声波吸收系数是一个重要的声学参数，对于研究和应用超声波技术具有重要意义。
声波衰减系数的测定
2lnU 8.1070 7.9481 7.7918 7.4369 7.2326 7.0992 7.2110 6.9809 6.9063 6. 15 16 17 18 19 20
峰值电压/v 31.6 30.4 29.2 26.0 24.4 24.0 23.2 22.8 24.0 22.4
3.衰减系数的确定 声压与电压关系 得 对其两边取对数则有：
（1）
式中为为衰减系数，可看出电压对数的两倍 测得 20 组电压数值，作如上处理。 （1） 式求得斜率即求得衰减系数 。 与衰减系数 成线性关系。
四．实验内容
1．调节信号源，示波器至最佳状态。示波器显示信号波形大小合适，位置居 中。 2、调节信号源频率，使其处于换能器共振频率附近，示波器观察到接收信号峰 值达到最大。 3、将接收换能器从偏左端往右移动，连续捕捉极大电压峰值，并记下该峰值电 压 和此时接收换能器所处位置 。连续记录 20 组数据。
料性质有关。 由于 E 和 F 、 S 和 E 之间具有简单的线性关系，因此，能将正弦交流信号变成压 电材料纵向长度的伸缩，使压电陶瓷成为声波的波源。反过来，也可以使声压变化转变也 可以使声压变化转变为电压的变化，即用压电陶瓷片作为声频信号的接收器。压电陶瓷超 声换能器产生的超声波频率比较单纯，方向性强，基本上是一个平面波，这对于提高测量 的精密度是有利的
峰值距离/mm 91.62 96.32 101.46 106.04 110.54 115.49 119.98 124.63 129.57 134.35
2lnU 6.9063 6.8289 6.7483 6.5161 6.3891 6.3561 6.2883 6.2535 6.3561 6.2181
即衰减系数
声波衰减系数的测定
超声波在不同介质中的传播速度及损耗系数测量-声学论文-物理论文
超声波在不同介质中的传播速度及损耗系数测量-声学论文-物理论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——超声波是一种在弹性介质中传播的机械波，由于其具有波长短、传播方向性好等优点，在大学物理的声速测量实验中一般选择超声波段的声波进行测量。
超声波由于其频率高、功率大、穿透能力强、信息携带量大等特点，已广泛应用于工业、农业、生物医学以及科学研究等领域，如超声波测距和定位、超声波无损检测、超声波清洗等。
描述声波的物理量有波长、频率、传播速度、强度等，对这些量的测量是声学技术的重要内容，声速的测量在声波测距、定位和无损检测中有着广泛的应用。
声速测量实验属于大学物理实验中的基础性实验，一般仅开设超声波在空气中传播速度的测量，该部分原理简单，导致实验内容不饱满，因此，根据仪器特点，可将声速测量实验改造为超声波专题设计综合实验，增设一些设计性实验内容。
测量超声波在不同介质中的传播速度;研究同一介质中随发射和接收端距离变化，接收端振幅的变化规律;计算不同介质中超声波的损耗系数等。
对于实验数据的处理要求学生使用Origin、Matlab 等软件辅助完成，在学习物理内容的同时，熟练掌握常用数据处理软件的使用，不断挖掘学生学习的积极主动性，培养学生的创新意识和能力。
1 实验原理超声波传播速度常用的测量方法有共振干涉法、相位法、反射回波法等，本文采用共振干涉法研究不同介质中超声波的传播特性。
共振干涉法又称驻波法，实验装置如图 1 所示，由示波器、声速测量仪和信号发生器组成，S1和S2为压电陶瓷换能器，利用压电效应实现声压和电压之间的相互转换。
在信号发生器产生的交变电压作用下，使发射端S1产生机械振动，将激发的超声波经介质传播到接收端S2，若接收面与发射面平行，声波在接收面处就会被垂直反射，当接收端与发射端距离恰好等于半波长的整数倍时，两波叠加后形成驻波，当信号发生器的激励频率等于压电陶瓷换能器的固有频率时，会产生驻波共振。
超声波衰减系数的测量-讲义及数据
超声设计性实验： 超声波衰减系数的测量一、实验目的：测量超声波在空气和水中的衰减系数二、实验原理：超声波在损耗介质中的准驻波效应图1.超声波波束在空气中的传播和反射设产生超声波的波源处于坐标系原点O ，入射超声波波束沿坐标系x 轴方向传播，其波动方程为：()0=A exp y i t x ωγ-⎡⎤⎣⎦入（1）反射波的波动方程为：()(){}00=exp 2y RA i t x x ωγ+-反 （2）其中，R 为反射系数，k i γα=-为波的传播系数，α是介质的衰减系数，2k πλ=是波矢。
入射波和反射波在0～0x 区间叠加，其合成波的波动方程为：()(){}()()()(){}0000022000000exp exp 2cos cos 2sin sin 2x x x x i t xx y A i t x RA i t x x e A e kx RA e k x x i A e kx RA e k x x ααωααωγωγ----=-++-⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦⎡⎤⎡⎤=+----⎣⎦⎣⎦（3）OX 0X合成波各点均作简谐振动，其振幅分布为：()()12002222002Recos 2x x x xA A e R ek x x ααα---⎡⎤=++-⎣⎦（4）如果利用超声波接收器作反射面，则超声波接收器收到的合成波振幅为:()01xA A R e α-=+ (5)因为超声波发生器和接收器是由同一材料制成，所以有：00A UA U =（6） 其中0U 是信号发生器输出电压数值，U 是示波器显示电压数值。
设超声波接收器在任意波峰位置处i x 时，示波器显示电压数值为i U ，则()()0ln ln 1A A R x α=+-（7）令()()00ln ln i U A A U y ==（8）()ln 1b R =+（9）则（7）式可以写成：y b x α=-（10）利用直线拟合方法，可以测量超声波在介质中的衰减系数。
超声检测 衰减系数 标准
超声检测衰减系数标准一、概述超声检测是一种常用的无损检测方法，它利用超声波在介质中传播的特性来检测物体内部缺陷。
衰减系数是描述超声波在介质中传播时能量衰减程度的重要参数之一，它对超声检测的准确性和可靠性有着重要影响。
本文将介绍超声检测衰减系数标准的基本概念、应用范围和测量方法。
二、标准内容1.定义和符号衰减系数是指在一定距离内超声波的声能与发射的声能之比。
这是一个无量纲的参数，常用符号α表示。
2.适用范围本标准适用于一般工程材料的超声检测，不适用于复合材料、高分子材料、陶瓷材料等特殊材料的超声检测。
3.测量方法（1）仪器设备：超声检测仪、超声探头、耦合剂等。
（2）环境条件：测量时应当在稳定的温度和湿度环境中进行，避免环境变化对测量结果产生影响。
（3）测量步骤：a.在发射探头处设置一个已知声强的参考点，记录发射声强I0。
b.将发射探头移动到待测部位，记录接收声强I。
c.根据I和I0，计算衰减系数α=ΔI/r，其中ΔI=I-I0，r为探头到待测部位的间距。
（4）测量精度：经过多次测量并取平均值，以保证测量结果的准确性。
测量误差应不超过±5%。
三、标准实施注意事项1.确保仪器设备的准确性：应当定期对超声检测仪和探头进行校准，以保证测量结果的准确性。
2.注意探头表面的清洁：探头表面应保持清洁，避免耦合剂等杂质影响测量结果。
3.考虑材料特性：不同的工程材料有不同的声衰减特性，因此在测量时应考虑被测材料的特性。
4.复合材料和其他特殊材料的检测：本标准不适用于复合材料、高分子材料、陶瓷材料等特殊材料的超声检测，应当根据具体情况选择合适的检测方法。
四、标准意义和影响制定和实施超声检测衰减系数标准，对于保证超声检测的准确性和可靠性具有重要意义。
通过规范衰减系数的测量方法和精度要求，可以避免因测量误差导致的误判和误判，提高超声检测的可靠性和准确性。
同时，该标准也为超声检测的应用提供了技术依据和规范，有助于推动超声检测技术在工程中的应用和发展。
超声背散射系数
超声背散射系数超声背散射系数（BSC），又称回散系数，是声学界最重要的基本量参数，它可以精确反映物体的理想行为及其在超声范围内的传播特性。
简而言之，其定义为：超声背散射系数（BSC）指在测量特定物体表面上获得的超声信号回波与原始发射信号之间的相关性程度，同时指出超声波经过物体表面发射出去后，接收信号与发射信号之间的强度差异。
超声背散射系数是超声测量、超声诊断、超声成像及超声换能器设计等方面的主要参数。
超声背散射系数的测量原理如下所示：在空气中将超声波发射机束传播到特定物体，当超声波经过表面发射出去后，部分波束会被反射回发射机，而这部分反射回的波束构成了带有损耗的回波波束，回波波束和发射前的信号之间的相关性则构成了BSC。
实际上，超声背散射系数是一组物理特性综合评价指标。
它由频散系数、衰减系数、表面反射系数、幅度反射系数等几种指标综合而成。
在这些指标之中，频散系数指出超声波频率与距离波中心的变化;衰减系数和表面反射系数则反映超声波经过物体表面后的衰减程度;而幅度反射系数则观察超声波经过物体表面后的强度差异。
基于上述参数的测量，就可以构建出一张用于记录超声波的背散射系数的图表。
超声背散射系数在实际应用中也有很多用途，其中最大的作用就是它可以根据测量结果，精确地描述不同物体之间超声传播特性的差异。
例如，当我们测量存在一定程度噪声的某物体时，可以利用BSC 评价噪声的影响，从而提高超声信号的精度。
此外，它还可以用于评估超声换能器的有效能量转移率，以及检测物体的质量和成分，等等。
综上，超声背散射系数是一种实用性很强的测量技术，它不仅可以用于评估物体表面的超声传播特性，而且可以利用它来检测物体的质量和成分。
它有助于提高超声诊断、超声成像、超声换能器设计等技术的准确性，对于实现精准诊断，节省体力劳动，改善生产效率和质量的检测工作都具有重要的意义。
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测量超声波在空气中的损耗系数
冯军勤
（广东工业大学实验教学部 广州 510006）
摘要：本文在原有的超声波实验基础之上，增加了测量超声波的损耗系数；研究了超声波频率与损耗系数之间的关系，丰富了大学物理实验教学内容，拓展了学生视野。
关键词：超声波；损耗系数；最小二乘法
1. 引言
超声波在日常生活中应用极为广泛，比如超声波测距，无损检测等。
而在大学物理 实验中，声学实验题目较少，一般大学物理实验声学部分只开设了超声波在空气中的传播速度测定，而这个原理比较简单，操作相对容易一些，导致实验内容在固定的课时内不饱满[1]；鉴于以上原因，在使用仪器不变的情况下，分别增加了测量超声波的损耗系数，以及测量超声波频率与损耗系数之间关系的实验内容，丰富了大学物理实验内容，拓展学生视野。
2.实验原理
超声波发射器当它被超声信号源的电信号激励后由于逆压电效应发生受迫振动，振动频率与电信号激励频率相同，并向周围空气定向发出一近似平面波。
超声接收转能器，它受迫振动后产生压电效应输出电信号，电信号的频率与超声波的振动频率相同。
当发射换能器和接收换能器两个端面互相平行时，超声波和回波在两个端面之间产生干涉，形成驻波。
超声波和回波干涉以后合成以后，其合成波振幅为[2]：
[
]
2
102)
2(22
20)
(2cos Re
20
0x x k e
R e
A A i x x x x i i i
-++=-ααα （1）
其中ɑ超声波在空气介质中的损耗系数，R 为接收换能器的反射系数，x i 为超声波传播的距离，x 0为回波的反射点，A i 为反射点回波振幅，A 0为超声波发射波振幅，k 为波矢；由于接受信号在接收换能器端面处，回波反射点始终满足x 0＝x i ；所以（1）就可以写为：
i
x i e
R A A α)1(0+= （2）
只要记录一组振幅与传播距离之间的关系就课测量损耗系数和反射系数；采用降阶的方法，对（2）两边取对数就可以得到：
i
i x R A A α++=)1ln(ln
（3）
可以通过标准的直线方程斜率和截距求得损耗系数。
3.测量损耗系数
在实验过程中，观测振幅使用的是示波器，振幅的幅度大小可以用幅度电压来表
示。
（3）式就可以写为：
i
i x R U
U α++=)1ln(ln
（4）
根据（4）式，首先将发射器信号输入示波器测量幅度电压测量U 0，测得U 0＝3.3V ；采用超声波频率为f 1＝37196Hz ；测到一组幅度电压U i 和传播距离x i 的数据如表1所示；根据最小二乘法就可以得到损耗系数和反射系数。
单位：长度（mm ） 电压（v ）
次数
1 2 3 4 5 6 7 x i 0.07 4.92 9.66 14.40 19.12 23.90 28.68 U i
2.9
2.5 2.3 2.05 1.9 1.7 1.6 0
ln U U
i
-0.129 -0.278 -0.361 -0.476 -0.552 -0.663 -0.724
（x i ）2
0.0049
24.20
93.32
207.36
365.58
571.21
822.54
根据最小二乘法就可以得到损耗系数为：
02060.0ln ln 1
2
2
1
10
1
1
1-=-⎪⎭
⎫
⎝⎛-⨯
=
∑∑∑∑
∑
=====n
i i
n
i i n
i i
i n
i i
n
i i x n x U
U
x n U
U
x α（5）
图1 LnU i /U 0和传播距离x i 的之间的关系
4.测量损耗系数与超声波频率之间关系
在上述实验过程中，固定了超声波的频率，得到其损耗系数的关系，也可以通过
这个实验研究超声波的频率和损耗系数之间的关系。
选择不同超声波频率，将发射器信号输入示波器测量幅度电压U0，测得U0＝3.3V；改变超声波频率为f2＝37296Hz；测到一组幅度电压U i和传播距离x i的数据。
调整发射器输出强度，测得信号输入示波器的幅度电压U0＝5.8V，取超声波的频率分别为f3＝36941Hz、f4＝37100Hz、f5＝37208Hz 测量多组幅度电压U i和传播距离x i，根据（4）式，就可以得到LnU i/U0和传播距离x i 的之间的关系曲线，如图1所示：用最小二乘法处理数据就得到其损耗系数分别为：ɑɑ3=-0.01997、ɑ4=-0.01905、ɑ5=-0.01998。
2=-0.01905、
根据（2）式，可以得到幅度电压U i和传播距离x i的关系曲线如图2所示：
图2 U i和传播距离x i的之间的关系
5.结论
通过这个实验，可以看出当频率变化不大时，不会影响超声波在空气中的损耗，也得到超声波传播距离和损耗之间的关系，反之就可以根据损耗的大小标定距离，在不同的介质中，就可以实现超声测距和超声波无损探伤等应用。
而且通过这个实验也丰富大学物理声学实验，开拓了学生的视野，实验过程中培养了学生勤于思索、勇于实践的科学精神，提高了学生分析问题解决问题的能力。
参考文献
[1]. 房晓勇.声学实验及部分声学量的测量物理实验[J] 第22卷.第1期2001 8-10；
[2]. 牛原赵中龄腾永平成正维.超声波专题实验的设计与教学大学物理实验 [J] 第20卷.第3期2007 43-46；
The measurement of the ultrasonic Loss coefficient in the air
FENG Jun-qin
(The Department of the experiment, Guangdong University of Technology, Guangzhou,
guangdong510006, P.R.China)
Abstract:In this paper, increase the measurement of the loss coefficient base on the original ultrasonic experiment; research the relationship between the frequency and the loss coefficient; enriched the college physics experiment and expand the horizons of students.
Key words: ultrasonic; loss coefficient; least square method。