超声波讲稿（相关知识部分）

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1、超声波讲稿（相关知识部分）前言：1．什么是超声波：人耳听不见（人耳可听见16-20000Hz），即频率大于2万赫兹(2×104Hz)的机械波（超声波）2．工业超声波探伤频率：1-5MHza．粗晶材料（奥氏体不锈钢，大的锻件，铸件）用1-2MHzb．细晶材料（厚度不大的钢板、锻件，薄的焊缝）用4-5MHz，常用5MHzc．其它材料：2-3MHz常用2.5MHz3．金属材料用高频超声波原因：a．指向性好（即）：－声能集中，可以传播很远，检测深度大。－距离分辨力好，相邻缺陷分辨率高。b．f大即λ小，检测

2、灵敏度高（可达到）9.1超声波的发生及其性质：1、超声波的发生和接收（1）（机械）振动和波动：a.振动——30是物质在平衡位置附近的往复（周期性）运动。b.波动——是振动状态或振动能量的传播，不是物质的迁移。（2）超声波产生的条件：a.振动源（波源）——晶片振动b.能传播波的介质——弹性介质（3）压电效应：a.正压电效应:交变（拉、压）应力——交变电场（接受超声波）b.逆压电效应:交变电场——振动（晶片）（发射超声波）（4）压电晶片：a.常用的压电晶片：石英——单晶体、稳定性好、耐高温（550℃）

3、硫酸锂——单晶体、接收性能好锆钛酸铅——多晶体、灵敏度高、发射性能好钛酸钡——多晶体、发射性能好铌酸锂——单晶体、耐高温（1200℃）b.单晶直探头常用锆钛酸铅制作（PZT）双晶探头常用PZT+硫酸锂，高温探头用铌酸锂和石英。c.晶片参数：频率常数302、超声波的种类(仅指波型)：（1）纵波–––振动方向与波传播方向平行（2）横波–––振动方向与波传播方向垂直（只能在固体中传播）（3）表面波–––长轴是横波,短轴是纵波的合成，在表面下2λ内传播的椭圆振动（只能在固体中传播）在表面下l处，振幅减为1

4、/5，能量减为1/25在表面下2l处，振幅减为1/100，能量减为1/10000（4）板波：充满板内，各种模式的纵、横波（5）爬波：表面下纵波－当纵波λ射角在第一临界角（有机斜楔/钢为27°36）附近时产生－检测深度与（晶片×频率）的乘积大小有关（6）探头：a．直探头（纵波）①阻尼块：缩短晶片振动时间，脉冲宽度变窄，提高分辨力30吸收晶片背面的杂波，提高信噪比②保护膜（按声阻抗Z大力分为硬、软保护膜）硬保护膜—适用于表面光洁度高的工件软保护膜—适用于表面粗糙工件b．斜探头：（直探头+斜楔）①斜楔（

5、作用有二方面）波型转换(CL有机玻璃

6、）常用的声速参数：CL钢=5900米/秒CS钢=3230米/秒CL有机=2730米/秒C水=1500米/秒（2）与声速有关的参数：a．与材料种类有关，ρ（密度）↗→C↗，E（弹性）↗→C↗b．与波型有关：CL：CS：Ct=1.8:1:0.9（对于钢材）c．与温度（t↗→c↘,只有水例外）有关，与应力(F↗(拉应力)→c↗)有关。与介质尺寸有关。4．频率、波长、声速相互关系：C=f´λ图1振动曲线（1）λ——质点完成一次全振动波传播的距离。或者波线上相邻两振动相位相同质点间的距离。（2）f——波动过

7、程中，每秒内通过某点波的个数。（3）C——波在1秒内传播的距离。5．超声波的特征量：（1）声压——30超声场中某点瞬间压强与无超声波存在时同一点静压强之差。＝ZVm即声压p与频率f成正比（2）声强——垂直于超声波传播方向上，单位时间，单位面积通过的声能。即声强正比于频率（3）声阻抗——声压的幅值与质点振动速度的幅值的比值（表示介质的声学性质）①与材料的种类有关ρ②与波型有关C③与温度有关t↗→C↘→Z↘Δ质点的振动速度Vm≠波速CΔ质点的振动频率f=波传播的频率f（4）分贝Δ–––（仪器垂直线性好

8、时）a．已知波高为H2=90%和H1=15%，求H2/H1的分贝差Δ？30解：b．已知波高差6db,求？解：，H2=H1即两波高差一倍6．异质界面的反射和透射（1）垂直入射：图2纵波垂直入射时波的反射和透射a.声压反射率γ(Pr/Pe)和透射率t(Pd/Pe)b.声强反射率R(Ir/Ie)和声强透射率T(Id/Ie)Tc.边界条件：由力的平衡：PO+Pr=Pt由于波的连续性，两侧振动速度的振幅相等：r+1=t；R+T=1Δ超声波在钢中传播到底面遇到空气100%反射；Δ超声波从钢传到