《超声波》ppt课件

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1、第一章超声波探伤的物理基础第一节振动与波动机械振动：物体沿着直线或曲线在某一平衡位置附近作往复周期性的运动。简谐运动：一个做匀速圆周运动的物体在一条直径上的投影所做的运动简谐振动：物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总指向平衡位置的回复力的作用下的振动。简谐振动是最简单、最基本的机械振动。T=1/f例如：钟摆振动。谐振方程y=Acon(ωt+φ)y—质点的位移A—振幅ω—角频率φ—初相位阻尼振动：在阻力作用下的简谐运动。振动过程中受到阻力的振动，振幅逐渐减小，直至振动停止。机械波：机械振动在弹

2、性介质中的传播过程产生机械波必须具备的两个条件：（1）作机械振动的波源（2）能传播机械振动的弹性介质动画演示波动方程ｘ—距离　　　　　　　　　　　　　　　　　ｃ—速度c=λ/fλ—波长超声波：我们人类耳朵能听到的声波频率为20～20，000赫兹。当物体的振动超过（不到）一定的频率，即高于（低于）人耳听阈上限（下限）时，人们便听不出来了，这样的声波称为“超声波（次声波）”。超声波的特点(一)超声波在传播时，方向性强，能量易于集中。(二)超声波能量高。(三)超声波与传声媒质的界面上会产生反射、折射和

3、波型转换现象。(四)超声波能在各种不同媒质中传播，且可传播足够远的距离。超声波的类型(一)纵波L：介质中质点的振动方向与波的传播方向平行。(又称压缩波、疏密波)(二)横波S：介质中质点的振动方向与波的传播方向垂直。(又称剪切波，只能在固体中传播)(三)表面波R：沿介质表面传播，质点作椭圆运动，椭圆长轴垂直于波的传播方向，椭圆短轴平行于波的传播方向，可视为纵波和横波的合成。(又称瑞利波)(四)板波：在板厚与波长相当的薄板中传播的波。可分为SH波和兰姆波。波的类型超声波的传播特性波长与声速C=λfCL>

4、Ct>CR钢的声速5900m/s3200m/s有机玻璃的声速2700m/s水的声速1500m/s超声场的特征量声压p=ρcu声强I=p2/2ρc声阻抗Z=ρc(p=zu若p不变,则z增大时u减小)分贝的概念与应用通常规定引起听觉的最弱声强为I1=10–16瓦/厘米2作为声强的标准，另一声强I2与标准声强I1之比的常用对数称为声强级，单位是贝尔(BeL)。实际应用时贝尔太大，故常取1/10贝尔即分贝（dB）来作单位。=lg(I2/I1)(Bel)=10lg(I2/I1)=20lg(P2/P1)(d

5、B)波形-波阵面的形状的分类波形波阵面波源波动方程备注平面波互相平行的平面平面y=Acosω(t-x/c)柱面波同轴圆柱面直线y=cosω(t-x/c)球面波同心球面点y=cosω(t-x/c)活塞波圆盘超声波的波动特性波的叠加波的干涉驻波.振动频率、振幅和传播速度相同而传播方向相反的两列波叠加时，就产生驻波。比如水波碰到岸边反射回来时，前进和反射波的叠合就产生驻波。.驻波形成时，空间各处的介质点或物理量只在原位置附近做振动，波停驻不前，而没有行波的感觉，所以称为驻波。形成驻波时，各处介质质点或物理

6、量以不同的振幅振动。振幅最大处叫波腹，振幅最小处即看上去静止不动处叫波节。相邻两个波节或波腹之间的距离是半个波长。惠更斯原理散射和衍射垂直入射界面的反射和透射设波从介质1（Z1）入射到介质2（Z2）则有声压反射率r=Pr/P0=（Z2-Z1）/（Z2+Z1）声压透射率T=Pt/P0=2Z2/（Z2+Z1）。有以下几种情况：Z2>Z1声压反射率小于透射率。如水/钢界面。Z1>Z2声压反射率大于透射率。如钢/水界面。声强反射率及透射率只与Z1、Z2的数值有关，与从哪种介质入射无关。Z1>>Z2声压（声强

7、）几乎全反射，透射率趋于0。如钢/空气界面。多层平界面是的反射和透射Z1=Z3≠Z2半波长全透射Z1≠Z2≠Z3四分之一波长全透射波型转换和反射、折射定律当超声波倾斜入射到界面时，除产生同种类型的反射和折射波外，还会产生不同类型的反射和折射波，这种现象称为波型转换。SinαL/cL=Sinβs/cs第一临界角αI第二临界角αII第一临界角αIIIαLβs斜入射是的反射系数和透射系数见P30图1-27在曲面上的反射和透射超声波发射声场圆盘波源辐射的纵波声场（活塞波声场）圆盘中心轴线上的声压波源轴线上最

8、后一个声压极大值至波源的距离称为近场区长度，用N表示。ND2/(4)半扩散角θ0=arcSin1.12λ/D70λ/D°球面波声压（活塞波声场>3N时）P=P0FS/（L）规则反射体的回波声压平底孔：Pf=P0FsFf/（x）2长横孔短横孔大平底面：PB=P0Fs/（2x）不同距离的大平底回波dB差Δ=20lgPB1/PB2=20lgX2/X1不同距离的不同大小平底孔回波dB差Δ=20lgPf1/Pf2=40lgDf1X2/Df2X1超声波的衰减扩散衰减超