《超聲波探傷》ppt課件

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1、第四單元超聲波探傷目錄任務(wù)一超聲波探傷的物理基礎(chǔ)任務(wù)二超聲波發(fā)射聲場(chǎng)與規(guī)則反射體的回波聲壓任務(wù)三儀器、探頭和試塊任務(wù)一超聲波探傷的物理基礎(chǔ)第一節(jié)振動(dòng)與波動(dòng)第二節(jié)波的類型第三節(jié)超聲波的傳播速度第四節(jié)波的迭加、干涉、衍射和惠更斯原理第五節(jié)超聲場(chǎng)的特征值第六節(jié)分貝與奈培第七節(jié)超聲波垂直入射到界面時(shí)的反射和透射第八節(jié)超聲波傾斜入射到界面時(shí)的反射和透射第九節(jié)超聲波的聚焦與發(fā)散第十節(jié)超聲波的衰減第一節(jié)振動(dòng)與波動(dòng)一、振動(dòng)1、振動(dòng)的一般概念1）定義：物體沿著直線或曲線在某一平衡位置附近作往復(fù)周期性的運(yùn)動(dòng)，稱為機(jī)械振動(dòng)。2）

2、例子：直接覺察——彈簧振子、鐘擺和汽缸中活塞運(yùn)動(dòng)。難以覺察——固體分子的熱運(yùn)動(dòng)，一切發(fā)聲物體的運(yùn)動(dòng)以及超聲波波源的運(yùn)動(dòng)。3）描述：（1）周期T——振動(dòng)物體完成一次全振動(dòng)所需要的時(shí)間，稱為振動(dòng)周期，用T表示。常用單位為秒(s)。（2）頻率f——振動(dòng)物體在單位時(shí)間內(nèi)完成全振動(dòng)的次數(shù)，稱為振動(dòng)頻率，用f表示。常用單位為赫茲(Hz)。2、諧振動(dòng)1）定義：最簡(jiǎn)單最基本的直線振動(dòng)稱為諧振動(dòng)。2）特點(diǎn)：（1）回復(fù)力大小與位移成正比，方向總指向平衡位置。（2）振幅不變，為自由振動(dòng)，其頻率為固有頻率。（3）物體做諧振動(dòng)時(shí)，只

3、有彈性力或重力做功，其它力不做功，符合機(jī)械能守恒的條件，因此諧振物體的能量遵守機(jī)械能守恒。在平衡位置時(shí)動(dòng)能最大勢(shì)能為零，在位移最大位置時(shí)勢(shì)能最大動(dòng)能為零，其總能量保持不變。3、阻尼振動(dòng)1）定義：振幅或能量隨時(shí)間不斷減少的振動(dòng)。2）特點(diǎn)：振幅不斷減少，而周期卻不變。阻尼振動(dòng)受到阻力作用，不符合機(jī)械能守恒。4、受迫振動(dòng)1）定義：物體受周期性變化的外力作用時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)。2）特點(diǎn)：受迫振動(dòng)剛開始時(shí)情況很復(fù)雜，經(jīng)過一段時(shí)間后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，變?yōu)橹芷谛缘闹C振動(dòng)。其振動(dòng)頻率與策動(dòng)力頻率相同，振幅保持不變。受迫振動(dòng)物體受到策

4、動(dòng)力作用，不符合機(jī)械能守恒。3）共振：受迫振動(dòng)的振幅與策動(dòng)力的頻率有關(guān)，當(dāng)策動(dòng)力頻率P與受迫振動(dòng)物體固有頻率w。相同時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅達(dá)最大值。這種現(xiàn)象稱為共振。4）共振在超聲的應(yīng)用：設(shè)計(jì)探頭中的壓電晶片時(shí)，應(yīng)使高頻電脈沖的頻率等于壓電晶片的固有頻率；從而產(chǎn)生共振，這時(shí)壓電晶片的電聲能量轉(zhuǎn)換效率最高。二、波動(dòng)1、機(jī)械波的產(chǎn)生與傳播1）定義：振動(dòng)的傳播過程。波動(dòng)分為機(jī)械波和電磁波。（1）機(jī)械波是機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的傳播過程。如水波、聲波、超聲波等。（2）電磁波是交變電磁場(chǎng)在空間的傳播過程。如無(wú)線電波、紅外線

5、、可見光、紫外線、又射線、y射線等。2）產(chǎn)生機(jī)械波的條件：（1）要有作機(jī)械振動(dòng)的波源（2）有能傳播機(jī)械振動(dòng)的彈性介質(zhì)。3）特點(diǎn)：（1）振動(dòng)與波動(dòng)是互相關(guān)聯(lián)的，振動(dòng)是產(chǎn)生波動(dòng)的根源，波動(dòng)是振動(dòng)狀態(tài)的傳播。波動(dòng)中介質(zhì)各質(zhì)點(diǎn)并不隨波前進(jìn)，只是以交交的振動(dòng)速度在各自的平衡位置附近往復(fù)運(yùn)動(dòng)。（2）波動(dòng)是振動(dòng)狀態(tài)的傳播過程，也是振動(dòng)能量的傳播過程。但這種能量的傳播，不是靠物質(zhì)的遷移來實(shí)現(xiàn)的，也不是靠相鄰質(zhì)點(diǎn)的彈性碰撞來完成的，而是由各質(zhì)點(diǎn)的位移連續(xù)變化來逐漸傳遞出去的，猶如人們傳遞磚塊一樣。2、波長(zhǎng)、頻率和波速1）波長(zhǎng)

6、λ：同一波線上相鄰兩振動(dòng)相位相同的質(zhì)點(diǎn)間的距離，用λ表示。常用單位為毫米(mm)或米(m)。2）頻率f：波動(dòng)中，任一點(diǎn)在1秒內(nèi)所通過的完整波個(gè)數(shù)。波動(dòng)頻率在數(shù)值上同振動(dòng)頻率，單位為赫茲(HZ)。3）波速C：波動(dòng)中，波在單位時(shí)間內(nèi)所傳播的距離，用C表示。常用單位為米/秒(m/s)或千米/秒(km/s)。4）三者關(guān)系：C=λf或λ=C/f由上式可知，波長(zhǎng)與波速成正比，與頻率成反比。當(dāng)頻率一定時(shí)，波速愈大，波長(zhǎng)就愈長(zhǎng)；當(dāng)波速一定時(shí)，頻率愈低，波長(zhǎng)就愈長(zhǎng)。三、次聲波、聲波和超聲波1、次聲、聲波和超聲波的劃分相同點(diǎn)：

7、次聲波、聲波和超聲波都是在彈性介質(zhì)中傳播的機(jī)械波，在同一介質(zhì)中的傳播速度相同。不同點(diǎn)：頻率1）能引起聽覺的機(jī)械波稱為聲波，頻率在20-20000Hz之間。2）頻率低于20Hz的機(jī)械波稱為次聲波。3）頻率高于20000Hz的機(jī)械波稱為超聲波。2、超聲波的應(yīng)用超聲探傷所用的頻率一般在0.5-10MHz之間，對(duì)鋼等金屬材料的檢驗(yàn)，常用的頻率為1-5MHz。(1)超聲波方向性好：超聲波是頻率很高、波長(zhǎng)很短的機(jī)械波，在無(wú)損探傷中使用的波長(zhǎng)為毫米數(shù)量級(jí)。超聲波像光波一樣具有良好的方向性，可以定向發(fā)射。(2)越聲波能量高

8、：超聲波探傷頻率遠(yuǎn)高于聲波，而能量(聲強(qiáng))與頻率平方成正比。(3)能在界面上產(chǎn)生反射、折射和波型轉(zhuǎn)換；在超聲波探傷中。(4)超聲波穿透能力強(qiáng)：超聲波傳播能量損失小，傳播距離大，穿透能力強(qiáng)。3、次聲波的應(yīng)用次聲波的頻率很低，波長(zhǎng)很長(zhǎng)，繞射能力強(qiáng)，傳播衰減小、距離遠(yuǎn)。在大自然的許多活動(dòng)中伴隨著次聲波的發(fā)生，例如地震、火箭起飛等。次聲波近似平面波，沿著與地球表面平行的方向傳播。第二節(jié)波的類型一、據(jù)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向分類根據(jù)