石河子大学理学院实习 I “千里传音”实验演示 目 录 石河子大学理学院实习 1 前 言 早在 1880 年的时候，居里兄弟就发现了压电效应。一般认为,关于超声波的研究最初起始于 1876年 F.Galton的气哨实验。当时Galton哨在空气中产生的频率达 30000Hz,这是人类首次有效产生的高频声波。到了 1917 年，科学家们成功研制了首个压电式超声波发射器。这些年来,随着超声波技术研究的不断深入,在加上其具有的高精度、无损、非接触等优点,超声波的应用变得越来越普及。目前已经广泛地应用在机械制造、电子冶金、航海、宇航、石油化工、交通等工业领域。此外在材料科学、医学、生物科学等领域中也占据重要地位。 本实验通过用音频信号对超声波进行调制的原理进行“传音”：先将音乐信号用调制的方法加到超声波上，因人耳听不到超声波的声音，所以将此调制超声波从压电换能器上发出时，人耳不能察觉。但在另外一个地方用另一个超声换能器接收到这个信号后再经过电路的解调制，把原来的音乐信号再检出来，就可通过扬声器把音乐播放出来了。 石河子大学理学院实习 2 超声信号的发射与接收 1.1超声波介绍 超声波简单的说就是音频超过了人类耳朵所能够听到的范围。一般而言是指声音超过了20KHz以上时称之为超声波。与光波不同,超声波是一种弹性机械波,它可以在气体、液体和固体中传播。我们知道 ,电磁波的传播速度为3x108m/S,而超声波在空气中的传播速度为340m/s,其速度相对电磁波是非常慢的。超声波在相同的传播媒体里(如大气条件)传播速度相同,即在相当大的频率范围内声速不随频率变化,波动的传播方向与振动方向一致,是纵向振动的弹性机械波,它是借助于传播介质的分子运动而传播的,波动方程描述方法与电磁波是类似的: )cos()(kxtxAA xeAxA0)( 式中,A(x)为振幅,A0为常数,w为圆频率,t为时间,:为传播距离,k=2二/兄 为波数,A为波长,a为衰减系数。衰减系数与声波所在介质及频率的关系为: 2af 式中,a为介质常数,f为振动频率。在空气里,。a=2x10- 13s2/cm,当振动的声波频率 f=40kHz(超声波)代入上式,可得 a=3.2x10-4 s2/cm,即 1/a=31m:若f=3okHz,则 1/a=56m。它的物理意义是:在(1/a)长度上,平面声波的振幅衰减为原来的e分之一,由此可以看出,频率越高,衰减得越厉害,传播的距离也越短。声波在空气媒质里传播,因空气分子运动摩擦等原因,能量被吸收损耗。 1.1.1 超声波传播的速度 由于超声波也是一种声波,超声波在媒质...
