《超声波》PPT课件.ppt

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(t+) y质点的位移 A振幅 角频率 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 距离 速度 c=/f 波长,超声波： 我们人类耳朵能听到的声波频率为2020，000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= f CL Ct CR 钢的声速 5900m/s 3200m/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=cu 声强 I=p2/2c 声阻抗 Z= c (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I 1 = 10 16 瓦/厘米2 作为声强的标准，另一声强I 2与标准声强I 1 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 (I 2/ I 1) (Bel) =10 lg (I 2/ I 1) = 20 lg (P2/P1) (dB),波形-波阵面的形状的分类,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）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。 SinL/cL= Sins/cs 第一临界角I 第二临界角I I 第一临界角I I I,L,s,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,钢,水,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0=arcSin1.12/D 70 /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 =20lgPB1/PB2=20lgX2/X1 不同距离的不同大小平底孔回波dB差 =20lgPf1/Pf2=40lgDf1X2/Df2X1,超声波的衰减,扩散衰减 超声波的扩散衰减仅取决于波阵面的形状，与介质的性质无关。 散射衰减 散射衰减与材质的晶粒密切相关，当材质晶粒粗大时，散射衰减严重，被散射的超声波沿着复杂的路径传播到探头