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1、第一章 超聲波檢測1.1超聲檢測的基礎(chǔ)知識描述超聲波的基本物理量超聲波的產(chǎn)生依賴于做高頻機械振動的“聲源”和傳播機械振動的彈性介質(zhì)，所以機械振動和波動是超聲檢測的物理基礎(chǔ)。描述超聲波波動特性的基本物理量有：聲速c、頻率f、波長λ、周期T、角頻率ω。其中頻率和周期是由波源決定的，聲速與傳聲介質(zhì)的特性和波型有關(guān)。這些量之間的關(guān)系如下：超聲檢測的基礎(chǔ)知識超聲波的特點超聲波波長很短，這決定了超聲波具有一些重要特性，使其能廣泛應(yīng)用于無損檢測。1)方向性好超聲波具有像光波一樣定向束射的特性。2）穿透能力強對于大多數(shù)介質(zhì)而言，它具有較強的
2、穿透能力。例如在一些金屬材料中，其穿透能力可達數(shù)米。3）能量高超聲檢測的工作頻率遠高于聲波的頻率，超聲波的能量遠大于聲波的能量。4）遇有界面時，將產(chǎn)生反射、折射和波型的轉(zhuǎn)換。利用超聲波在介質(zhì)中傳播時這些物理現(xiàn)象，經(jīng)過巧妙的設(shè)計，使超聲檢測工作的靈活性、精確度得以大幅度提高。超聲檢測的基礎(chǔ)知識超聲波的分類超聲波的分類方法很多，如圖1所示。主要有：按介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向之間的關(guān)系分類，即按波型分類；按波振面的形狀分類，即按波形分；按振動的持續(xù)時間分類等。其中，按波型是研究超聲波在介質(zhì)中傳播規(guī)律的重要理論依據(jù)，將著重討論。
3、超聲檢測的基礎(chǔ)知識圖1-1超聲波的分類超聲檢測的基礎(chǔ)知識1）超聲波的波型超聲波的波型指的是介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向的關(guān)系。按波型可分為縱波、橫波、表面波和板波等。（1）縱波。介質(zhì)中質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向相同的波叫縱波，用L表示(見圖1-2)。介質(zhì)質(zhì)點在交變拉壓應(yīng)力的作用下，質(zhì)點之間產(chǎn)生相應(yīng)的伸縮變形，從而形成了縱波?？v波傳播時，介質(zhì)的質(zhì)點疏密相間，所以縱波有時又稱為壓縮波或疏密波。超聲檢測的基礎(chǔ)知識圖1-2縱波超聲檢測的基礎(chǔ)知識（2）橫波。介質(zhì)中質(zhì)點的振動方向垂直于波的傳播方向的波叫橫波，用S或T表示。橫波的形
4、成是由于介質(zhì)質(zhì)點受到交變切應(yīng)力作用時，產(chǎn)生了切變形變，所以橫波又叫做切變波。液體和氣體介質(zhì)不能承受切應(yīng)力，只有固體介質(zhì)能夠承受切應(yīng)力，因而橫波只能在固體介質(zhì)中傳播，不能在液體和氣體介質(zhì)中傳播。（3）表面波（瑞利波）。當超聲波在固體介質(zhì)中傳播時，對于有限介質(zhì)而言，有一種沿介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ牟幢砻娌āＨ鹄紫葘@種波給予了理論上的說明，因此表面波又稱為瑞利波，常用R表示。超聲檢測的基礎(chǔ)知識圖1-3橫波超聲檢測的基礎(chǔ)知識表面波超聲檢測的基礎(chǔ)知識（4）板波（蘭姆波）。在板厚和波長相當?shù)膹椥员“逯袀鞑サ某暡ń邪宀?或蘭姆波)。板波傳播時聲
5、場遍及整個板的厚度。薄板兩表面質(zhì)點的振動為縱波和橫波的組合，質(zhì)點振動的軌跡為一橢圓，在薄板的中間也有超聲波傳播(見圖1-5)。板波按其傳播方式又可分為對稱型（S型）和非對稱型（A型）兩種，這是由質(zhì)點相對于板的中間層作對稱型還是非對稱型運動來決定的。超聲檢測的基礎(chǔ)知識圖1-5板波(a)對稱型；(b)非對稱型超聲檢測的基礎(chǔ)知識2)超聲波的波形超聲波由聲源向周圍傳播的過程可用波陣面進行描述。如圖1-6所示，在無限大且各向同性的介質(zhì)中，振動向各方向傳播，用波線表示傳播的方向；將同一時刻介質(zhì)中振動相位相同的所有質(zhì)點所連成的面稱為波陣面；
6、某一時刻振動傳播到達的距聲源最遠的各點所連成的面稱為波前。在各向同性介質(zhì)中波線垂直于波陣面。在任何時刻，波前總是距聲源最遠的一個波陣面。波前只有一個，而波陣面可以有任意多個。超聲檢測的基礎(chǔ)知識圖6-6波線、波前與波陣面(a)平面波；(b)柱面波；(c)球面波超聲檢測的基礎(chǔ)知識3）連續(xù)波與脈沖波連續(xù)波是介質(zhì)中各質(zhì)點振動時間為無窮時的波。脈沖波是質(zhì)點振動時間很短的波，超聲檢測中最常用的是脈沖波。對脈沖波進行頻譜分析，可知它并非單一頻率，而是包括多種頻率成分。其中人們關(guān)心的頻譜特征量主要有峰值頻率、頻帶寬度和中心頻率。超聲場及介質(zhì)的聲
7、參量簡介2.1超聲場的物理量1)聲壓當介質(zhì)中有超聲波傳播時，由于介質(zhì)質(zhì)點振動，使介質(zhì)中壓強交替變化。超聲場中某一點在某一瞬時所具有的壓強P1與沒有超聲波存在時同一點的靜態(tài)壓強P0之差稱為該點的聲壓，用P表示,即超聲場及介質(zhì)的聲參量簡介2）聲阻抗介質(zhì)中某一點的聲壓幅值Pm與該處質(zhì)點振動速度幅值Vm之比，稱為聲阻抗，常用Z表示。在同一聲壓下，聲阻抗Z愈大，質(zhì)點的振動速度就愈小。聲阻抗表示超聲場中介質(zhì)對質(zhì)點振動的阻礙作用。超聲場及介質(zhì)的聲參量簡介3）聲強單位時間內(nèi)垂直通過單位面積的聲能，稱為聲強，用I表示。對于平面縱波，其聲強I為超
8、聲場及介質(zhì)的聲參量簡介4）分貝的概念實際探傷中，將聲強I1與I2之比取對數(shù)的10倍得到二者相差的數(shù)量級，這時單位為分貝，用dB表示，即超聲場及介質(zhì)的聲參量簡介2.2介質(zhì)的聲參量1）聲速聲速表示聲波在介質(zhì)中傳播的速度，它與超聲波的波型有關(guān)，但更
