聲速測量實(shí)驗(yàn)中聲波衰減現(xiàn)象的研究

1、第 25 卷第 1 期2007 年 1 月物理測試 Physics Examination and TestingVol. 25 ,No. 1Jan. 2007作者簡介 :賀梅英(19642) ,女 ,大學(xué)本科 ,高級實(shí)驗(yàn)師 ; E 2mail :hmyhxd @163. com ; 修訂日期 :2006205208聲速測量實(shí)驗(yàn)中聲波衰減現(xiàn)象的研究賀梅英1 , 黃沛天2(1. 寧波工程學(xué)院基礎(chǔ)部 ,浙江 寧波 3150

2、16 ;2. 江西師范大學(xué)物理與通信電子學(xué)院 , 江西 南昌 330027)摘 要 :文章根據(jù)聲速的測量實(shí)驗(yàn)中示波器信號隨著接收換能器的移動而變化這一現(xiàn)象 ,拓展聲波衰減的研究及聲強(qiáng)衰減系數(shù)的測量實(shí)驗(yàn)。關(guān)鍵詞 :換能器 ;聲波衰減 ;聲強(qiáng)衰減系數(shù)中圖分類號 :O422 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 :A 文章編號 :100120777 (2007) 0120027202Research for Attenuation of Sound W

3、ave in SoundV elocity MeasurementsHE Mei2ying1 , HUAN G Pei2tian2(1. Department of Base , Ninbo University of Technology , Ninbo , 315016 , Zhejiang , China ; 2. College ofPhysics , Conmunication and Electronics , Jiang

4、xi Normal University , Nanchang 330027 , Jiangxi , China)Abstract :The signal of oscillograph in the sound velocity measurement is change with displacement of ultrasonictransducer. The former phenomenon is used to measur

5、e the attenuation coefficient of sound.K ey words :transducer ; attenuation of sound wave ; attenuation coefficient of sound intensity聲速測量利用的是駐波原理 ,在測量過程中 ,不難發(fā)現(xiàn)示波器中信號的極大值幅值會隨接收換能器移動距離增加而減小。這說明入射波與反射波相干涉形成的不是嚴(yán)格的駐波 ,其聲波傳播時(shí)

6、 ,有散射和其他損耗。本實(shí)驗(yàn)研究了聲波衰減 ,測量了聲波衰減系數(shù)。1 用共振法研究聲波衰減111 實(shí)驗(yàn)原理[1 ]聲強(qiáng)與聲壓的關(guān)系 :I = Pmax2/ 2Z (1)在聲波傳播時(shí) ,聲強(qiáng)衰減如下式所示 :Id = Ie- ad (2)式中 I 表示入射初始聲強(qiáng) , Id 為深入媒質(zhì) d 距離處的聲強(qiáng) , α為衰減系數(shù) ,式(2) 用聲強(qiáng)級表示則有 :IL d = IL - a0 d (3)式中 a0 亦稱衰減系數(shù)。1. 2

7、 實(shí)驗(yàn)儀器[2 ,3 ]聲速測量綜合實(shí)驗(yàn)儀 ,為 FD2SV22 型 ,示波器為 GOS26021 型 ,實(shí)驗(yàn)裝置示于圖 1。1. 3 聲波衰減及聲強(qiáng)衰減系數(shù)的測定數(shù)據(jù)頻率 f = 40 505 Hz ,室溫 T = 12 ℃ 條件下 ,測量示波器上聲壓波形極大時(shí)的峰值電壓和接收換能器的相應(yīng)位置列于表 1。由表 1 中數(shù)據(jù)可以繪出駐波聲壓波形圖 ,其包絡(luò)線即為聲壓與換能器位置關(guān)系 ,如圖 2 所示。圖 1 實(shí)驗(yàn)裝置Fig. 1

8、 Experimental unite表 1 換能器位置與聲壓數(shù)據(jù)T able1 The transducer positions and sound voltaged/ mm U = U P - P/ 2/ V U2 2LnU0 3. 1 9. 61 2. 264. 2 2. 64 6. 96 1. 948. 7 2. 28 5. 20 1. 6512. 41 2. 06 4. 25 1. 4516. 11 1. 83 3.

9、 36 1. 2121. 44 1. 58 2. 49 0. 9125. 42 1. 41 1. 99 0. 6929. 3 1. 28 1. 64 0. 49© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net圖 2 U2d 關(guān)系圖Fig. 2 The cu

10、rves of U2d圖 3 U22d 關(guān)系圖Fig. 3 The curve of U22d再由表 1 中數(shù)據(jù)繪出聲壓平方與換能器位置圖 ,如圖 3 所示。從圖中可知 ,隨著聲波傳播的距離增加 ,聲壓平方作指數(shù)衰減。其衰減規(guī)律符合公式(2) 。再由表 1 中數(shù)據(jù)繪出 2LnU2d 圖 ,基本上反映出聲強(qiáng)級與距離的關(guān)系 ,如圖 4 所示。由圖 4 可以看出 ,2LnU2d 基本上顯示線性關(guān)系 ,經(jīng)最小二乘法計(jì)算 ,其相關(guān)系數(shù) r

11、 = - 01998 6 斜率即聲強(qiáng)的衰減系數(shù)α 0 = 0. 059 72 dB/ mm圖 4 2LnU2d 關(guān)系圖Fig. 4 The curve of 2 Ln U2d2 結(jié)語通過對以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析計(jì)算 ,得出以下結(jié)論 :非理想駐波聲強(qiáng)亦有衰減現(xiàn)象 ,40 k Hz 頻率聲波的衰減系數(shù)雖較小 ,卻是 1 M Hz 頻率聲波在水中的衰減系數(shù)的 300 倍左右 ,相當(dāng)于 1 M Hz 聲波在軟組織中的衰減系數(shù)。本實(shí)驗(yàn)可以

12、豐富聲速測量的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 ,亦可作為學(xué)生的研究性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。參考文獻(xiàn) :[1] 漆安慎 , 杜嬋英. 力學(xué)[ M]. 北京 :高等教育出版社 1997.[2] 楊述武. 普通物理實(shí)驗(yàn)[ M]. 北京 :高等教育出版社 2000.[3] 沈元華 ,陸申龍. 基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn) [ M ]. 北京 : 高等教育出版社2003.8 2物理測試 第 25 卷© 1994-2007 Chi