超声波综合实验指导书1309

超声定位和形貌成像实验指导书一、观察水中物体的回波波形一、观察水中物体的回波波形1、换能器安装在测试架（见附录图10）滑块吊杆旋转机构下的固定座（11）上，并放在水槽（22）中，载物台（21）上放置表面不规则的有机玻璃样品（不规则面朝向换能器）；调整换能器头，使之对准水槽正面的载物台上的物体。2、连接换能器与信号源前面板上的“传感器”插座，并把仪器后面板上的串口与电脑相连，开启电源。（注意：在全部实验中，通电工作时，一定确保换能器置于水中。）3、打开电脑软件，用鼠标左键单击电脑画面右下角的串口通信按钮，当“串口选择”正确时，“串口状态”框上出现“OK!!”，然后变成“END”,说明计算机的串口已连通，可以与实验仪进行数据和命令通信。否则应改变“串口选择”。4、用鼠标左键单击电脑画面上“工作方式”框中的波形按钮，“工作状态”下面显示红色的“波形显示”，点击信号放大、信号缩小改变信号大小，电脑画面上将显示实时波形（如图5）。5、通过角度旋转座（2）水平旋转换能器探头，改变换能器的入射角，观察回波波形，当回波波形最大时，将角度旋转座(2)调“0”固定。二、对水中目标物体进行定位1、转动测试架后面的悬挂梁（7），使目标物体（8）处在有机玻璃样品前方某个位置。2、启动电机控制系统，使滑块（5）移动到导轨（3）中间（标尺230cm左右）位置。3、切换到波形工作方式，旋转角度旋转座（2），使传感器对准目标物体，然后再缓慢来回旋转角度旋转座（2），当电脑画面上显示最大的回波图形时，记下旋转机构（2）上的物体方位角度θ1值；然后再切换到定位工作方式，“工作状态”下面显示红色的“定位”两字，“工作方式”框中显示测量经过的时间t、传感器离目标的距离Y（cm），画面上有成像图显示。记下画面上显示的Y值即为目标物体与换能器之间的距离S1(cm）。5、转动旋转梁（7），改变目标物体的位置，用同上述方法，再次测量、记录目标物体（8）与超声换能器的距离S2(cm）和方位角度θ2。6、实验记录：1Scm，1°；2Scm，2°。三、水中声速的测量1、把超声换能器放在滑块吊杆旋转机构下的固定座（11）上，反射物块放置在水槽右侧面的固定座（9）上。2、切换到波形工作方式,“工作状态”下面显示红色的“波形显示”，电脑画面上将显示实时波形，调节超声换能器、反射物块轴线与导轨（3）方向一致，此时反射波形应最大。画面下方显示发射脉冲波到接收回波之间的“回波时间”。3、启动电机控制系统，使带着目标物体一起运动的滑块到某一位置后停止，记下滑块刻线在导轨标尺上的读数x1（cm),及此时发射波到接收波之间的“回波时间”t1（s）；再启动电机，改变目标滑块到另一位置，同上述方法，记下x2、t2。4、计算声速：61221210||10||2ttxxVm/s。5、用同样的方法测量2～3次V，求平均值V，并与水温20℃时水中声速理论值理V（=1483m/s）比较，忽略温度影响，求百分误差rE。图3超声定位的基本原理声源目标物体V)(t往返SS1（t1）S2（t2）△S目标物体声源图4时差法测量水中声速6、实验记录：测量水中超声波波速实验数据表理V（=1483m/s）次数x1(cm)t1(s)x2(cm)t2(s)V(m/s)123Vm/s（表中61221210||10||2ttxxVm/s）理理VVVEr％四、测量水中物体的运动状态1、把超声换能器放置在水槽右侧面的固定座（9）上，（运动）反射物块放在滑块吊杆旋转机构下的固定座（11）上，超声换能器、反射物块轴线与导轨（3）方向一致。实验中为避免拆装换能器，换能器、运动物块可仍装在（11）、（9）上不动。2、拨动超声定位综合实验仪“方向控制”到“正向”，让电机带动吊杆上的物体移动到导轨右端，调节“速度调节”旋钮，选择某一速度。3、用鼠标左键单击电脑画面上“工作方式”框中的测速按钮，“工作状态”下面显示红色的“测速”两字，右边框中的数据显示目标运动的速度（cm/s），拨动超声定位综合实验仪“方向控制”到“反向”，滑块向左运动，同时画面上开始显示成像图，可适时得到S-t曲线，如图6所示。X轴代表时间t，Y轴代表物体与超声传感器的距离S。4、分析S-t曲线，可知滑块运动阶段近似一条斜直线（匀速运动），可以通过△S/△t得到物体运动的平均速度。具体方法是：在斜直线上点击间距足够大的两个点，对应点的“坐标”以及两点之间的“平均速度”会在画面下方显示出来。5、通过直流电机控制器，改变物体的运动方向（速度不变），测量2～3次物体的运动速度，计算平均值。实验时，滑块到达终点后，即刻换向，可简化操作，节约时间。6、实验记录：测量物体的运动状态实验数据表次数坐标点一坐标点二平均速度VW(cm/s)时间(s)距离(cm)时间(s)距离(cm)123WVm/s五、扫描成像物体组织结构剖面图或表面形貌1、换能器安装在滑块吊杆旋转机构下的固定座（11）上，并放在水槽（22）中，载物台（21）上放置表面不规则的有机玻璃样品，不规则面朝向换能器；调整换能器头，使之对准水槽正面的载物台上的物体。2、用鼠标左键单击电脑画面上“工作方式”框中的成像采集按钮，“工作状态”下面显示红色的“成像”两字，拨动“方向控制”开关，使滑块（5）从导轨一侧向另一侧移动，采集结束，画面上有成像图显示（如图7）。点击“串口通信”断开信号，固定画面，用鼠标左键单击轮廓成像一按钮，显示处理后的表面成像（如图8）。3、该成像不仅可以显示物体表面轮廓图，对于超声透射效果比较好的物体，点击剖面成像，还可以清晰的观察出二维剖面图（如图9）。4、要使成像效果好，可以通过“速度调节”，使滑块（扫描）速度最慢；选择合适的信号大小；用鼠标左键点击增加门限或减小门限按钮，对其进行后置处理，得到较好的成像图。5、按比例画出经“成像采集”后的物体“剖面成像”图。物体剖面图