超声波技术原理.pptxVIP

超声波技术概述超声波技术是一种利用高频声波进行检测和测量的技术。它广泛应用于医疗、工业、国防等领域,能够对物体的内部结构、位置、大小等进行无损检测和测量。AL作者：艾说捝

超声波的定义和特性定义超声波是指频率高于人类可听范围的声波,通常在20kHz以上。其具有高能量密度、易聚焦等特点,可用于各种工业应用和医疗诊断。频率范围超声波的频率范围一般为20kHz至100MHz,远高于人类可听范围的20Hz至20kHz。不同频段的超声波有不同的用途和特点。传播特性超声波可在固体、液体和气体中传播,但在不同介质中的传播速度和衰减特性有所不同。它还具有反射、折射和衍射等特点。能量特性超声波具有高能量密度,可产生振动和热效应,因此广泛应用于工业加工、医疗诊断等领域。它还具有可聚焦的特性。

超声波的产生原理1电力驱动利用压电材料产生振动2压电效应施加电压后发生变形3机械振动产生高频机械振动超声波的产生原理主要基于压电效应。当向压电材料施加电压时,会导致材料发生变形,从而产生高频机械振动。这种振动通过压电换能器转换为高频的声波,即超声波。通过电力驱动,压电材料发生变形,从而产生超声波。

压电效应和压电材料压电效应压电效应是指一些晶体材料在受到机械应力时会产生电压、或者在加载电压时会产生机械应变的现象。这种相互转换的性质是压电效应的核心。压电材料常见的压电材料包括钛酸铅、硫酸锂、磷酸铝锌等无机晶体,以及聚偏氟乙烯等有机高分子材料。这些材料具有优异的压电性能,广泛应用于传感器、换能器等领域。压电效应的机理压电效应的产生是由于材料内部结构中心对称性的破坏,使得正负电荷中心发生偏移,从而产生电极化和电压。这种原理可以实现机电能量的相互转换。

压电换能器的结构与工作原理压电材料压电换能器采用压电性能良好的材料,如压电陶瓷或压电晶体,具有在外加电场作用下发生机械变形的特性。电极结构压电换能器由压电材料夹层和金属电极组成,通过对电极施加电压可以驱动压电材料发生形变。工作原理当向压电换能器施加交变电压时,压电材料会周期性地伸缩,从而产生机械振动,最终转换为声波。换能效率压电换能器可以高效地在电能和声能之间进行相互转换,具有良好的电声换能特性。

超声波的传播特性波动特性超声波作为一种声波,具有典型的波动特性,包括传播、反射、折射、衍射等。了解这些特性有助于理解和应用超声波技术。传播速度超声波在不同介质中的传播速度不同,取决于介质的密度和弹性模量。这种传播速度的差异使超声波技术能够检测材料的内部结构和性质。衰减特性超声波在传播过程中会受到衰减,主要由于声能转换成热能的吸收和声波在介质中的散射。衰减特性影响超声波的穿透深度和强度。

超声波在不同介质中的传播超声波在不同介质中传播的速度和特性都存在差异。固体中的声速普遍最高，而气体中最低。液体的声速介于固体和气体之间。介质的密度、温度和压力等因素都会影响超声波的传播。此外,不同介质对超声波的吸收和反射属性也有很大不同。这些特性决定了超声波在工业和医疗等领域的广泛应用。

超声波的反射和折射超声波的反射当超声波遇到两种介质的界面时,会发生反射现象。反射角等于入射角,反射波的能量和频率与入射波基本相同。反射的强度取决于介质的声学阻抗差异。超声波的折射当超声波从一种介质进入另一种介质时,会发生折射现象。折射角的大小取决于入射角和两种介质的声速比。折射角的变化导致了超声束的变形和偏转。总反射和临界角当超声波从声速较高的介质进入声速较低的介质时,如果入射角大于临界角,会发生全反射现象。临界角的大小取决于两种介质的声速比。

超声波的衍射与干涉超声波的衍射超声波在遇到障碍物或边缘时会发生绕射现象,即声波能够在障碍物周围折回传播。这种绕射效应使得超声波能够穿过狭缝或绕过边缘传播到阴影区域,在很多工业和医疗应用中都有重要作用。超声波的干涉当两束或多束超声波相遇时,会发生干涉现象。这些相互干涉的超声波会产生明暗相间的干涉条纹,这种干涉图案可用于测量超声波的波长和频率,或者用于图像成像等应用。

超声波的吸收与散射吸收超声波在传播过程中会被介质吸收,使波能逐渐衰减。吸收主要受到介质密度、粘度、热导率等因素的影响。不同材料的吸收系数不同,金属和液体的吸收较小,而气体和多孔材料的吸收较大。散射超声波遇到尺寸小于波长的杂质或微观结构时会发生散射,使波能发生偏离。散射现象会影响超声波的指向性和成像质量。散射越强,对超声波的负面影响越大。

超声波的频率和波长超声波的频率范围通常在20kHz至100MHz之间，这个范围远高于人类可以听到的声波频率。频率越高,波长越短。超声波的波长取决于其在特定介质中的传播速度和频率。20kHz频率下限人类可听声波的上限100MHz频率上限超声波的常用频率范围λ波长超声波波长与频率和传播速度有关

超声波的声压和声强声