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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)振動與波動第二節(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的反射和透射第八節(jié)超聲波傾斜入射到界面時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)振動與波動一、振動1、振動的一般概念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)周期性的運動，稱為機械振動。2）
2、例子：直接覺察——彈簧振子、鐘擺和汽缸中活塞運動。難以覺察——固體分子的熱運動，一切發(fā)聲物體的運動以及超聲波波源的運動。3）描述：（1）周期T——振動物體完成一次全振動所需要的時間，稱為振動周期，用T表示。常用單位為秒(s)。（2）頻率f——振動物體在單位時間內(nèi)完成全振動的次數(shù)，稱為振動頻率，用f表示。常用單位為赫茲(Hz)。2、諧振動1）定義：最簡單最基本的直線振動稱為諧振動。2）特點：（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，其頻率為固有頻率。（3）物體做諧振動時，只
3、有彈性力或重力做功，其它力不做功，符合機械能守恒的條件，因此諧振物體的能量遵守機械能守恒。在平衡位置時動能最大勢能為零，在位移最大位置時勢能最大動能為零，其總能量保持不變。3、阻尼振動1）定義：振幅或能量隨時間不斷減少的振動。2）特點：振幅不斷減少，而周期卻不變。阻尼振動受到阻力作用，不符合機械能守恒。4、受迫振動1）定義：物體受周期性變化的外力作用時產(chǎn)生的振動。2）特點：受迫振動剛開始時情況很復(fù)雜，經(jīng)過一段時間后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，變?yōu)橹芷谛缘闹C振動。其振動頻率與策動力頻率相同，振幅保持不變。受迫振動物體受到策
4、動力作用，不符合機械能守恒。3）共振：受迫振動的振幅與策動力的頻率有關(guān)，當(dāng)策動力頻率P與受迫振動物體固有頻率w。相同時，受迫振動的振幅達(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)計探頭中的壓電晶片時，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，這時壓電晶片的電聲能量轉(zhuǎn)換效率最高。二、波動1、機械波的產(chǎn)生與傳播1）定義：振動的傳播過程。波動分為機械波和電磁波。（1）機械波是機械振動在彈性介質(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在空間的傳播過程。如無線電波、紅外線
5、、可見光、紫外線、又射線、y射線等。2）產(chǎn)生機械波的條件：（1）要有作機械振動的波源（2）有能傳播機械振動的彈性介質(zhì)。3）特點：（1）振動與波動是互相關(guān)聯(lián)的，振動是產(chǎn)生波動的根源，波動是振動狀態(tài)的傳播。波動中介質(zhì)各質(zhì)點并不隨波前進(jìn)，只是以交交的振動速度在各自的平衡位置附近往復(fù)運動。（2）波動是振動狀態(tài)的傳播過程，也是振動能量的傳播過程。但這種能量的傳播，不是靠物質(zhì)的遷移來實現(xiàn)的，也不是靠相鄰質(zhì)點的彈性碰撞來完成的，而是由各質(zhì)點的位移連續(xù)變化來逐漸傳遞出去的，猶如人們傳遞磚塊一樣。2、波長、頻率和波速1）波長
6、λ：同一波線上相鄰兩振動相位相同的質(zhì)點間的距離，用λ表示。常用單位為毫米(mm)或米(m)。2）頻率f：波動中，任一點在1秒內(nèi)所通過的完整波個數(shù)。波動頻率在數(shù)值上同振動頻率，單位為赫茲(HZ)。3）波速C：波動中，波在單位時間內(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，波長與波速成正比，與頻率成反比。當(dāng)頻率一定時，波速愈大，波長就愈長；當(dāng)波速一定時，頻率愈低，波長就愈長。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：
7、次聲波、聲波和超聲波都是在彈性介質(zhì)中傳播的機械波，在同一介質(zhì)中的傳播速度相同。不同點：頻率1）能引起聽覺的機械波稱為聲波，頻率在20-20000Hz之間。2）頻率低于20Hz的機械波稱為次聲波。3）頻率高于20000Hz的機械波稱為超聲波。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，對鋼等金屬材料的檢驗，常用的頻率為1-5MHz。(1)超聲波方向性好：超聲波是頻率很高、波長很短的機械波，在無損探傷中使用的波長為毫米數(shù)量級。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)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：超聲波傳播能量損失小，傳播距離大，穿透能力強。3、次聲波的應(yīng)用次聲波的頻率很低，波長很長，繞射能力強，傳播衰減小、距離遠(yuǎn)。在大自然的許多活動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)點的振動方向分類根據(jù)
