《无损检测》超声波课件.ppt

2.3 超声波在介质中的传播 描述： 超声场的物理量 充满超声波的空间，或在介质中超声振动波所及的“质点占据的范围”叫超声场。 对超声场我们常用： 1.声压、 2.声强、 3.声阻抗、 4.质点振动位移和质点振动速度 等物理量,来描述超声波声场。 2.3 超声波在介质中的传播 (一)声压 超声场中某一点在某一瞬间所具有的压强 ,与没有超声场存在时，同一点的静态压强之差为该点的声压，用 表示。 单位为 帕,记作1Pa=1N/m2 。 若用 平面余弦波表达式： (2-1) 2.3 超声波在介质中的传播 式中： -介质的密度， C-介质中的波速， A-介质质点的振幅， -介质中质点振动的圆频率()， A -质点振动的速度振幅()， T -时间， x-至波源的距离。 且有关系式： 式中： -声压的极大值。 2.3 超声波在介质中的传播 可见： 声压的绝对值，与波速、质点振动的速度振幅(或角频率)成正比。 因为超声波的频率高，所以超声波比声波的声压大。 2.3 超声波在介质中的传播 2.3.1.2 声强 在超声波传播的方向上，单位时间内 介质中单位截面上 的声能叫声强。用I表示；单位是 对纵波在均匀的各向同性的固体介质中的传播为例，可以证明平面波传播的声强计算式； (1-2) 注意：上式中有三个部分的概念。 2.3 超声波在介质中的传播 超声波的声强： ①、正比于质点振动位移振幅的平方； ②、正比于质点振动角频率的平方； ③、正比于质点振动速度振幅的平方。 注意： 由于超声波的频率高，其强度(能量)是远远大于 可闻声波 的强度。 例如： 1MHz声波的能量等于100kHz声波能量的100倍，等于lkHz声波能量的100万倍。 (一)、在单一界面上 当超声波垂直入射到足够大的光滑平界面时： ①.在第一介质中产生一个与入射波方向相反的反射波。 ②.在第二介质中产生一个与入射波方向相同的透射波。 ③.反射波与透射波的声压(声强)是按一定比例分配。 ④.分比例由声压反射率(或声强反射率)， 和声压透射率(或声强透射率)来表示。 1、在单一界面上反射波声压与入射波声压之比，称为界面的 声压反射率： 用表示。 式中： Z1- 介质1的声阻抗， Z2-介质2的声阻抗。 2、在单一界面上透射波声压与入射波声压之比，称为界面的 声压透射率： 用t表示： 3、在界面上反射波声强与入射波声强之比，称为 声强反射率： 用R表示： 4、在界面上透射声强与入射声强之比，称为 声强透射率： 用T表示： 说明： 在声波垂直入射到平界面上时，声压和声强的分配比例，仅与界面两侧介质的声阻抗有关. 注意： 在垂直入射时， 介质两侧的声波必须满足两个边界条件： (1)、一侧总声压等于另一侧总声压。 否则界面两侧受力不等，将会发生界面运动。 (2)、两侧质点速度振幅相等，以保持波的连续性。 上述的是超声波纵波： 垂直入射到单一平界面上的，声压、声强与其反射率、透射率的计算公式，同样适用于横波入射的情况。 (二)、薄层界面 在进行超声检测时，经常遇到很薄的耦合层和缺陷薄层，可以归纳为超声波在薄层界面的反射和透射问题。 超声波是由声阻抗为Z1的第一介质，入射到Z1和Z2的交界面。 然后通过声阻抗为Z2的第二介质薄层射到Z2和Z3界面，最后进入声阻抗为Z3的第三介质等。 在有三层介质时，很多情况是： 第一介质和第三介质为同一种介质。 注意： 1、超声波通过一定厚度的异质薄层时，反射和透射情况与单一的平界面不同， 2、当异质薄层很薄，进入薄层内的超声波会在薄层两侧界面，引起多次反射和透射，形成一系列的反射和透射波。 3、当超声波脉冲宽度相对于薄层较窄时，薄层两侧的各次反射波、透射波就会互相干涉。 4、由于上述原因，声压反射率和透射率的计算比较复杂。 一般说来： 超声波通过异质薄层时： 声压反射率和透射率，不仅与介质声阻抗和薄层声阻抗有关，而且与薄层厚度同其波长之比( )有关。 (1)、当一、三介质为同一介质时，对均匀介质中的异质薄层有如下规律性： （反射） 2-21