《超声声速仪测声速》课件

超声声速仪测声速超声波声速仪是一种利用超声波来测量声速的仪器它广泛应用于工业、科研和医疗等领域例如，在材料科学中，可以利用超声声速仪测量材料的声速，从而判断材料的性质和结构课程概述学习目标课程内容12本课程旨在帮助学生掌握超声声速仪测声速的基本原理和涵盖声速的定义、影响声速的因素、超声声速仪的工作原方法，并能够独立完成相关实验理和测量方法、实验数据处理和分析等内容课程安排考核方式34本课程理论与实践相结合，包括课堂讲解、实验操作和课通过实验操作、实验报告和课堂讨论等方式进行综合评后作业等环节估声速的定义声波传播速度声音在介质中的传播声速的意义声速指声波在介质中传播的速度单位为声波是机械波，需要介质才能传播声速声速是声学研究的重要参数，与声波的频米每秒受介质的性质、温度和压力等因素影响率、波长和能量密切相关声速测量在许m/s多领域得到应用，例如声学、物理学、工程学和医学等声波在不同介质中的传播声波在不同介质中传播速度不同，这取决于介质的弹性和密度例如，声波在固体中传播速度最快，在液体中次之，在气体中速度最慢声波在不同介质中的传播速度还与介质的温度、压力等因素有关影响声速的因素介质的性质温度声速与介质的弹性和密度有关温度升高，介质的分子运动速度弹性越好，声速越快；密度越加快，弹性模量增加，导致声速大，声速越慢加快压力湿度压力升高，介质的密度增大，但对于空气来说，湿度增加会降低弹性模量也增大，声速变化较声速这是因为水蒸气的密度小小，通常略有增加于空气，导致混合气体的平均密度降低声速测量的重要性声速测量能帮助我们准确确定物质的温声速与介质的压力密切相关，在海洋学和超声波技术广泛应用于医疗诊断，如超B度，并将其应用于材料科学和工程领域地质勘探中发挥着重要作用和超声心动图，而声速测量是这些技术的基础超声声速仪的工作原理发射超声波超声声速仪通过换能器发射出高频超声波，并通过接收器接收返回的声波信号测量声波传播时间仪器精确测量超声波从发射到接收的传播时间，这个时间反映了声波在介质中传播的距离计算声速根据已知声波传播距离和测量得到的传播时间，通过公式计算出介质中的声速超声声速仪的测量方法脉冲反射法1发射超声脉冲，测量脉冲在介质中往返的时间，计算声速适用于固体、液体和气体相移法2发射连续超声波，测量经过介质后波形的相位变化，计算声速适用于液体和气体相位差法3发射双频超声波，测量两频率波形之间的相位差，计算声速适用于液体和气体，精度较高脉冲反射法测量原理声波发射1超声声速仪发射超声脉冲声波传播2声波在介质中传播声波反射3声波遇到界面反射回仪器时间测量4仪器测量声波往返时间声速计算5利用时间和距离计算声速脉冲反射法是最常用的超声声速测量方法之一该方法通过发射超声脉冲，测量其在介质中传播的往返时间，然后根据传播距离和时间计算出声速脉冲反射法测量步骤连接仪器1将超声声速仪、探头和样品连接好设置参数2选择合适的测量模式、频率和时间范围测量信号3发出超声脉冲，接收反射信号计算声速4根据信号的传播时间和距离，计算声速脉冲反射法测量误差分析仪器误差环境误差超声声速仪本身的精度会影响测量结果，例如传感器误差、时间温度、湿度、气压等环境因素会影响声速，进而影响测量结果测量误差等校准仪器、定期维护可以降低仪器误差控制实验环境、进行温度补偿可以减小环境误差相移法测量原理发射超声波1超声声速仪发射一个频率已知的超声波接收超声波2仪器同时接收超声波信号测量相位差3比较发射和接收信号的相位差计算声速4利用相位差和声波频率计算声速相移法利用声波传播时间差引起的相位差来测量声速该方法适用于测量固体、液体和气体的声速相移法测量步骤连接仪器1将超声声速仪连接到计算机上，并安装相应的软件选择测量模式2选择相移法测量模式，并设置测量参数，例如声速测量范围、测量频率等测量数据3将超声波探头放入待测介质中，并进行测量，软件会自动记录声速数据校准数据4使用标准样品进行校准，确保测量的准确性保存结果5保存测量的声速数据，并根据需要进行分析相移法测量误差分析环境因素仪器误差测量方法误差温度、湿度和气压等环境因素会影响声超声声速仪本身存在误差，如传感器精相移法测量声速时，存在相位测量误差速，进而影响测量结果的准确性度、信号处理电路等和波速计算误差这些因素的变化会导致声速的变化，进这些误差会直接影响测量结果的准确这些误差会影响测量结果的准确性，需而影响测量的准确性性，需要进行校准和修正要进行误差分析和补偿相位差法测量原理发射超声波超声波发生器发射一束超声波，传播到待测介质中接收超声波接收器接收经过待测介质传播的超声波信号比较相位差比较发射波与接收波的相位差，计算声波在介质中传播的时间计算声速根据传播时间和已知的传播距离，计算出声速相位差法测量步骤连接设备1连接超声声速仪、信号发生器、示波器等设备设置参数2根据实验要求设置信号发生器频率和声速仪工作模式测量相位差3利用示波器观察声波信号，测量两路声波的相位差计算声速4根据相位差和声波传播距离计算声速相位差法是测量声速的常用方法之一，其原理是根据两路声波的相位差来确定声速相位差法测量误差分析测量误差来源温度影响压力影响信号干扰主要来自声速传感器、信号处环境温度变化会导致声速变环境压力变化也会影响声速，外部噪声和干扰信号会影响测理电路、时间测量系统等方面化，进而影响测量结果需考虑修正量精度，需要进行滤波处理的误差超声声速仪的校准超声声速仪的校准是保证其测量结果准确的关键步骤，校准可以消除仪器本身的误差，提高测量精度标准物质1使用已知声速的标准物质，如空气或水校准程序2按照仪器说明书进行校准操作，并记录校准数据校准结果3将校准数据与标准物质的声速进行比较，确定仪器的偏差调整参数4根据校准结果调整仪器参数，以减少偏差校准后的超声声速仪能够提供更加准确的测量结果，确保实验数据的可靠性温度对声速的影响温度升高，声速增加温度降低，声速减小

11.

22.温度升高，分子运动速度加温度降低，分子运动速度减快，声波传播速度也随之增慢，声波传播速度也随之减加小温度对声速的影响较温度修正

33.

44.为显著为了消除温度对声速的影响，温度变化对声速的影响较为显需要对测量结果进行温度修著，因此在进行声速测量时需正要考虑温度的影响压力对声速的影响气体声速与压力液体声速与压力固体声速与压力气体声速与压力的平方根成正比压强越液体声速与压力的变化关系相对较小固体声速与压力的关系复杂，受材料特性高，声速越快影响较大湿度对声速的影响空气湿度水蒸气湿度是指空气中水蒸气的含量，水蒸气的存在会降低空气密度，是影响声速的重要因素之一从而降低声速声速变化湿度越高，声速越低，因此在湿度较高的环境中，声速测量结果会略低实验数据处理和分析数据整理数据分析误差计算实验结论将实验数据整理成表格，并进利用数据分析工具，例如根据实验原理和测量方法，计根据实验结果和误差分析，得行必要的筛选和剔除异常数或，对数据进行算实验误差，并分析误差来出实验结论，并与理论值进行Excel Origin据图形化展示和统计分析源比较实验报告编写要求格式规范内容完整实验报告应遵循标准格式，包括封面、目录、摘要、正文、参考实验报告应包括实验目的、实验原理、实验步骤、实验数据、实文献等部分验结果分析、实验结论等内容实验报告应使用规范的语言，表达准确，逻辑清晰，排版整洁实验报告应重点阐述实验过程中的关键步骤和实验结果的分析，并得出合理的结论实验考核方式实验报告评分实验过程考核课堂讨论实验报告占实验成绩的，重点考查学实验过程考核占实验成绩的，主要考课堂讨论占实验成绩的，主要考查学60%20%20%生对实验原理、操作步骤的掌握程度，以察学生的操作规范、实验数据的记录和处生对实验原理和结果的理解，以及与同学及数据分析和结论的完整性和准确性理，以及对实验过程中问题的分析解决能之间的交流和合作能力力实验注意事项仪器操作数据记录实验前仔细阅读仪器说明书，熟记录实验数据时要细致准确，并悉操作步骤，并进行必要的预热及时整理，避免数据丢失或错和校准误实验环境安全操作选择合适的实验环境，保持环境注意实验安全，避免触碰高压部温度、湿度等条件稳定，避免外件，并妥善保管实验材料和仪界干扰器实验安全提示注意仪器使用保持实验环境整洁

11.

22.熟悉操作规程，避免误操作实验过程中保持桌面整洁，防止杂物影响实验结果避免接触液体注意用电安全

33.

44.实验过程中要小心操作，避免实验过程中要仔细检查电源液体溅到皮肤或眼睛上线，避免触电事故本课程小结声速测量原理测量方法实验实践未来展望超声波测速仪利用声波在介质脉冲反射法、相移法和相位差本课程通过实验，帮助学生掌超声声速仪技术不断发展，未中传播的特性进行测量，精确法三种测量方法各有优缺点，握超声声速仪的使用方法和测来将应用于更多领域，推动科度高，应用广泛需根据具体情况选择量技术，提升实践能力技进步问题解答如有任何疑问，请随时向老师提问老师会耐心解答您的疑惑此外，可以参考教材和实验手册积极思考，共同学习，共同进步。