超声波测试原理及应用

实验21超声波测试原理及应用主讲教师：一、实验目的

1.了解超声波在工程等领域的应用；2.观察超声波的反射回波，测量超声波的频率；3.测量试块中纵波的传播速度；4.利用直探头探测缺陷深度。二、实验重难点

重点：实验测量方法；难点：波形形成过程。三、实验原理

1.正压电效应和逆压电效应

某些电介质，当沿着一定方向对其施加外力作用而使其变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种由于形变而产生极化电荷的现象称为正压电效应。

相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩效应。

能够产生压电效应的电介质，称为压电体。

这一现象最早是在1880年居里兄弟皮尔（P•Curie）与杰克斯（J•Curie）发现的。压电体有很多种，如石英、电气石、酒石酸钾钠、钛酸钡、锆钛酸铅（PZT）、聚双氟亚乙烯（PVDF）等。2.脉冲超声波的产生和接收

（1）高频脉冲电压，加在压电晶体上，晶体产生振动，产生脉冲超声波

（2）脉冲超声波作用到压电晶体上，在压电晶体上会产生高频脉冲电压三、实验原理

四、实验仪器JDUT-2型超声波实验仪、GOS-630型示波器（20MHz）、铝试块、耦合剂（水）

模拟示波器实验仪铝试块的尺寸（其中的一种）AR1R2L探测面正面底面ABDCA孔距探测面的距离为10mmB孔距底面的距离为20mm底面上的C孔深度为20mm背面的D孔距探测面和底面的距离均为30mmR1

=30mmR2

=60mm

L=60mm超声波实验仪、探头与示波器连接方法

JDUT-2型超声波实验仪衰减6CH1--++7发射/接收射频检波触发CH2TRIGIN探头试块示波器脉冲超声波在试块中传播时示波器接收到的超声波信号波形

五、观察波形AL探测面底面BA稳定波形的调整过程

1.连好线路后，通电，调亮度等；扫描时间因数读数值和旋钮2.信号输入方式（DC），模式（MODE）选CH1，触发方式EXT，时间校准旋钮顺时针转到底（CAL）。3.调左右、上下位置——调纵向大小——调“扫描时间因数”——调同步（LEVEL），图形稳定。选DC模式触发方式上下、左右位置同步纵向大小稳定波形的调整过程扫描扩展1.按下“扫描扩展”，使波形展宽10倍；2.调节探头与试块接触的程度，左右移动图形，找到如右下图所示扩展后的波形。稳定波形的调整过程

1.关闭10倍扩展；2.移动探头到某个缺陷孔上方，观察稳定波形。六、实验内容1.测超声波频率

如图所示，读取相邻的几个最高峰间的格数，读取扫描时间因数，计算超声波周期和频率值。

表21-1

次数相邻波峰间距/DIV扫描时间因数/(μs/DIV)周期/s频率/Hz12次数相邻波峰间距/DIV扫描时间因数/()周期/s频率/Hz1表21-1超声波频率的测量用表

1.测超声波频率

从右图可见，7个周期的格数是2.8DIV，由于扩展了10倍，所以1个周期的格数：1个周期7个周期1

DIV周期：频率：等于周期的倒数六、实验内容六、实验内容表21-2次数B1和B2波峰间距/DIV扫描时间因数/(）时间差t2

-t1

/s厚度L/m10.0622.测量试块中纵波的传播速度表21-2纵波速度的测量用表次数B1和B2波峰间距/DIV扫描时间因数/（

）时间差t2

-t1

/s厚度L/m11.8101.8DIV速度：时间差：表21-4

六、实验内容次数纵波声速m/s底波与缺陷波间距/DIV扫描时间因数/()时间差t2

-t1

/s123.用直探头探测缺陷深度

把直探头放置于B孔正上方的探测面附近，前后、左右微动探头位置，观察其波形；方法一：绝对测量法表21-4用直探头探测缺陷深度绝对测量法实验用表

次数纵波声速m/s底波与缺陷波间距/DIV扫描时间因数/()时间差t2

-t1

/s166670.5100.5DIV缺陷深度的计算：时间差：表21-5

六、实验内容次数两次底面回波间距/DIV底波与缺陷波间距/DIV试块厚度Lmm缺陷深度mm12方法二：相对测量法3.用直探头探测缺陷深度

表21-5用直探头探测缺陷深度相对测量法实验用表

次数两次底面回波间距/DIV底波与缺陷波间距/DIV试块厚度Lmm缺陷深度mm11.80.560x=16.70.5DIV1.8DIV缺陷深度的计算