超声仪培训教材之声学基础

1、砼超声检测技术第一部分声学基础第一章振动与波一、波的产生 1.波的产生 质点振动 质点在一定位置附近重复运动 弹性介质 相互间由弹性力联系着的质点组 成的物质 2.质点在弹性介质中的振动产生波 3.简谐振动方程简谐振动方程x=Acos(t + ）x位移A振幅，离开平衡位置的最大位移t + 相位：确定物体在时刻t所处的位置 角频率 2nf 初相位弹性介质模型1质点；2小弹簧二、波的分类 机械波机械振动在弹性介质中的传播 1.波 过程，如：声波、水波等 电磁波电磁振荡引起的变化的电 场与磁场在空间的传播，如： 无线电波、紫外线、光线等 2声波 声波是机械波，按频率可分为： 次声波 020Hz 可闻

2、声波 2020kHz 超声波 20 kHz1010 Hz (如：砼超声 20k250kHz） 特超声波 1010 Hz 金属超声 三、波的种类1.按质点振动方向与传播方向关系分类纵波（P波）质点振动方向与波的传播方向一致，如声波； 介质时疏时密，容积变形引起压强变化而传播，与容变弹性有关，可以在固体、液体、气体中传播。横波（S波）质点振动方向与波的传播方向垂直，介质剪切变形引起剪切应变力变化而传播，与切变弹性有关，只能在固体中传播。纵波、横波迭加产生其它类型的波表面波（R波） 纵向振动与横向振动迭加形成园 振动，沿介质表面传播，只能在固体中传播 表面波 板波（兰姆波） 扭转波 拉伸波2波的形式

3、 声波在无限大且各向同性介质中向各方向传播 波线 传播的方向 波前 振动传播到的各点的轨迹 波阵面介质中振动同相位的所有质点的轨迹 按波阵面分 平面波 波阵面是平面，振源是无限大平面 球面波 波阵面是球面，振源是点源 柱面波 波阵面是同轴园柱面，振源是无限长 园柱 （a）平面波；（b）球面波；（c）柱面波 1波线；2波前；3波阵面四、波动方程 1波动方程的意义平面波在无吸收，无限大均匀介质中沿X方向传播波动方程图 波动方程： y ：波线上任意一点（距原点X）的质点任一时刻 t 的位移V：波速2波速V振动传播的速度 周期T质点完成一次振动的时间 波长在周期T内波传播的距离 频率f 每秒振动的次数

4、 = v T = v / f例：V4000m/s f 50kHz 80mm波的频率，振幅，相位也就是质点振动的频率，振幅，相位第二章 固体中的波速一、纵波波速VP1 无限大介质2薄板介质（板厚）3细长杆（横向尺寸 ，半无限大与无限大物体波速相近第三章 声场声场指充满声波的空间一、声压 PPP1PO 单位：帕（斯卡）N/m2 P1某点某瞬时的压强 PO同一点没有声强时的压强声压与频率成正比，所以超声波比可闻声波的声压大 二、声强 J 垂直于声波传播方向上单位面积，单位时间内通过的声能量为声强，超声波的声强远大于可闻声波的声强三、声阻抗率ZZ=V砼 Z108104g/cm2.s第四章 声波在介质界

5、面的反 射与折射（透射） 声界面指声阻抗率Z不同介质的界面一、垂直入射声压反射率声压透射率 Z1Z2 R0，D1Z2 Z1 R-1 几乎全反射，如空气-砼Z2 1 几乎全反射， 反射波反相二、斜入射 反射定律i = 折射定律 在固体介质的界面声波的方向，角度及波型均要发生变化第一临界角 ：若入射波是纵波，且 v1p v2p ，折射角p入射角i p当 p 900时的入射角 i p称为第一临界角i 1若入射角第一临界角，第二种介质中只有折射横波，这是产生横波的一种方法第五章 声波的衰减声波在传播过程中振幅随传播距离的增大而逐渐减少的现象称为衰减一、产生衰减的原因1吸收 声能 热能2散射 多次反射、折射，波型转换3扩散 波束扩散使能量分散二、衰减系数 声压 P = P0 e-ax衰减系数吸收衰减系数 aa 正比于 f 或 f 2散射衰减系数 as 正比于 f