试验指导书-上海交通大学仪器科学与工程系.DOC

实验编号 实 验 指 导 书 实验项目：超声检测中声压分布实验与计算分析 所属课程: 检测技术 课程代码: 面向专业: 测控技术与仪器 学院(系): 实 验 室: 精密仪器 代号: 2008年 4 月 17 日  实验目的： 超声纵波直射单探头发射的声束，分为近场区和远场区，近场区在其轴线上出现有声压极大值和极小值波动，声压沿某一横截面分布也有起伏，远场区声压单调递减并在声束轴线处有一个极大值。通过对声压分布进行理论分析可以得到声压分布得理论模型；并可以进一步进行软件编程仿真得到理论模型的结果。与实验结果进行比较。 该实验将超声检测技术、传感器技术、信号仿真模型、信号分析、软件编程等相关知识进行贯通和综合。通过实验，学生将了解掌握超声检测基本方法与仪器使用；超声纵波声压分布规律；超声近场远场声压分布模型以及软件编程进行仿真分析等。 实验内容： 调整仪器灵敏度与线性度至合适大小； 测定不同高度时试块中平底孔的反射波高，记录声压在声束轴线上的分布，得到声束近场长度； 测定在同一高度试块中反射孔在截面的径向分布； 根据超声波动方程理论公式，编程计算超声声压的空间分布，给出计算结果； 将计算结果与声束轴线与横截面的声压分析结果比较； 分析理论计算结果与实验结果的差异与原因。 实验示意图 实验用主要仪器设备、消耗品 仪器设备名称 规格 消耗品名称 规格 超声探伤仪 CTS－22A 超声探头 5M 试块 V-1 计算机 实验原理及原始计算数据、所应用的公式 当波源晶片直径D大于波长λ时，辐射器可以看做无数个尺寸很小的子波源组成的平面波源。子波源做相位相同、振幅相同的振动，各自发出波阵面为球面的子波，各子波源发出频率相同的连续正弦波，依据理论计算可以求出晶片圆盘轴线上一点Q处的声压。可以把声源上各个小面积都看作一个点源，把所有点源辐射的声波在Q点处的声压叠加起来就是总的声压。假如在液体中只能传播纵波因此可以不考虑声压方向，直接线性叠加。故在圆盘源轴线上的对整个园面积积分便可得到Q点处声压p为 （1） 其声压幅值 （2） 可以根据公式算出理论曲线。也可以通过实验粗略作出曲线。 从式（2）可推算出，在近场区当 时，p＝0， 有最小值，即 ，化简得 当n=1,2,3,…时，声压p具有最小值。 当 时，声压p有最大值，化简得 当n=0,1,2,3,…时，声压p具有极大值。 当n＝0时， 当时 实验数据记录 实验结果计算及曲线 对实验结果和实验中某些现象的分析讨论 实验方法指示及注意事项 尚待解决的问题 对学生的要求 实验之前应充分预习，了解掌握超声检测和声压分布的理论特点。 应在掌握声压分布模型的基础上编写算法程序。 分析理论模型的计算结果，并与实验结果进行对比，思考两者差异的影响因素。 参考文献 1．中国机械工程学会无损检测分会，超声波检测，机械工业出版社，2000 2．胡建恺，超声检测原理和方法，中国科学技术大学出版社，1993 3．李家伟,陈积懋.无损检测手册[M].北京:机械工业出版社,2002.155-165.彭应秋圆形活塞声源声场的分析,计算与测试?南昌航空工业学院学报(自然科学版) 2004?/18?/01? 实验设计者：黄作英 首开实验时间： 编写人：黄作英 编写时间：2008年4月 - 2 -