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超声波探伤 目 录 第一章 超声波探伤的物理基础 第二章 超声波发射声场与规则反射体的 　　 回波声压 第三章 仪器、探头和试块 第一章 超声波探伤的物理基础 第一节 振动与波动 第二节 波的类型 第三节 超声波的传播速度 第四节 波的迭加、干涉、衍射和惠更斯原理 第五节 超声场的特征值 第六节 分贝与奈培 第七节 超声波垂直入射到界面时的反射和透射 第八节 超声波倾斜入射到界面时的反射和透射 第九节 超声波的聚焦与发散 第十节 超声波的衰减 第一节 振动与波动 一、振动 1、振动的一般概念 1）定义：物体沿着直线或曲线在某一平衡位置附近作往复周期性的运动，称为机械振动。 2）例子： 直接觉察——弹簧振子、钟摆和汽缸中活塞运动。 难以觉察——固体分子的热运动，一切发声物体的运动以及超声波波源的运动。 3）描述： （1）周期T——振动物体完成一次全振动所需要的时间，称为振动周期，用T表示。常用单位为秒(s)。 （2）频率f——振动物体在单位时间内完成全振动的次数，称为振动频率，用f表示。常用单位为赫兹(Hz)。 2、谐振动 1）定义：最简单最基本的直线振动称为谐振动。 2）特点： （1）回复力大小与位移成正比，方向总指向平衡位置。 （2）振幅不变，为自由振动，其频率为固有频率。 （3）物体做谐振动时，只有弹性力或重力做功，其它力不做功，符合机械能守恒的条件，因此谐振物体的能量遵守机械能守恒。在平衡位置时动能最大势能为零，在位移最大位置时势能最大动能为零，其总能量保持不变。 3、阻尼振动 1）定义：振幅或能量随时间不断减少的振动。 2）特点：振幅不断减少，而周期却不变。阻尼振动受到阻力作用，不符合机械能守恒。 4、受迫振动 1）定义：物体受周期性变化的外力作用时产生的振动。 2）特点：受迫振动刚开始时情况很复杂，经过一段时间后达到稳定状态，变为周期性的谐振动。其振动频率与策动力频率相同，振幅保持不变。受迫振动物体受到策动力作用，不符合机械能守恒。 3）共振：受迫振动的振幅与策动力的频率有关，当策动力频率P与受迫振动物体固有频率w。相同时，受迫振动的振幅达最大值。这种现象称为共振。 4）共振在超声的应用：设计探头中的压电晶片时，应使高频电脉冲的频率等于压电晶片的固有频率；从而产生共振，这时压电晶片的电声能量转换效率最高。 二、波动 1、机械波的产生与传播 1）定义：振动的传播过程。波动分为机械波和电磁波。 （1）机械波是机械振动在弹性介质中的传播过程。如水波、声波、超声波等。 （2）电磁波是交变电磁场在空间的传播过程。如无线电波、红外线、可见光、紫外线、又射线、y射线等。 2）产生机械波的条件： （1）要有作机械振动的波源 （2）有能传播机械振动的弹性介质。 3）特点： （1）振动与波动是互相关联的，振动是产生波动的根源，波动是振动状态的传播。波动中介质各质点并不随波前进，只是以交交的振动速度在各自的平衡位置附近往复运动。 （2）波动是振动状态的传播过程，也是振动能量的传播过程。但这种能量的传播，不是靠物质的迁移来实现的，也不是靠相邻质点的弹性碰撞来完成的，而是由各质点的位移连续变化来逐渐传递出去的，犹如人们传递砖块一样。 2、波长、频率和波速 1）波长λ：同一波线上相邻两振动相位相同的质点间的距离，用λ表示。常用单位为毫米(mm)或米(m)。 2）频率f：波动中，任一点在1秒内所通过的完整波个数。波动频率在数值上同振动频率，单位为赫兹(HZ)。 3）波速C：波动中，波在单位时间内所传播的距离，用C表示。常用单位为米/秒(m/s)或千米/秒(km/s)。 4）三者关系： C=λf或λ=C/f 由上式可知，波长与波速成正比，与频率成反比。当频率一定时，波速愈大，波长就愈长；当波速一定时，频率愈低，波长就愈长。 三、次声波、声波和超声波 1、次声、声波和超声波的划分 相同点：次声波、声波和超声波都是在弹性介质中传播的机械波，在同一介质中的传播速度相同。 不同点：频率 1）能引起听觉的机械波称为声波，频率在20-20000Hz之间。 2）频率低于20Hz的机械波称为次声波。 3）频率高于20000Hz的机械波称为超声波。 2、超声波的应用 超