第四章-波與聲學(xué)基礎(chǔ)-yyt.ppt

1 振動理論與聲學(xué)原理第四章波與聲學(xué)基礎(chǔ) 波動學(xué)基礎(chǔ)聲學(xué)基礎(chǔ) 2 振動 波動和聲之間的關(guān)系 振動廣義振動 任一物理量 如位移 電流等 在某一位置附近反復(fù)變化 機械振動 物體在某一位置附近來回作往復(fù)運動 波動振動在介質(zhì)中傳播稱為波 各種類型的波有類似的波動方程 聲波 可以為人耳識別的波 聲源的振動 彈性媒介振動 聲波 空氣 固體 液體 3 波動是振動的傳播過程 振動是激發(fā)波動的波源 兩類波的不同之處 機械波的傳播需有傳播振動的介質(zhì) 電磁波的傳播可不需介質(zhì) 能量傳播反射折射干涉衍射 兩類波的共同特征 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 機械波 4 1 機械波的產(chǎn)生 產(chǎn)生條件 1 波源 2 彈性介質(zhì) 2 機械波的分類 1 橫波 質(zhì)點振動方向與波的傳播方向相垂直的波 橫波在介質(zhì)中傳播時 介質(zhì)中產(chǎn)生切變 只能在固體中傳播 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 機械波 切變 即剪切變形 指媒質(zhì)各層之間發(fā)生平行于這些層的相對移動 5 橫波在介質(zhì)中傳播時 介質(zhì)中產(chǎn)生切變 只能在固體中傳播 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 機械波 特征 具有交替出現(xiàn)的波峰和波谷 2 機械波的分類 1 橫波 質(zhì)點振動方向與波的傳播方向相垂直的波 6 軟繩 抖動一下 產(chǎn)生一個脈沖橫波 連續(xù)抖動 產(chǎn)生連續(xù)橫波 動畫 軟繩 7 2 縱波 質(zhì)點振動方向與波的傳播方向互相平行的波 縱波在介質(zhì)中傳播時 介質(zhì)中產(chǎn)生容變 能在固體 液體 氣體中傳播 2 機械波的分類 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 機械波 容變 拉伸壓縮變形 特征 具有交替出現(xiàn)的密部和疏部 8 抽送一下 產(chǎn)生一個脈沖縱波 軟彈簧 軟彈簧 連續(xù)抽送 產(chǎn)生連續(xù)縱波 動畫 9 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 機械波 3 波線和波面 波場 波傳播到的空間 波面 波場中同一時刻振動位相相同的點的軌跡 波前 波陣面 某時刻波源最初的振動狀態(tài)傳到的波面 波線 波射線 代表波的傳播方向的射線 各向同性均勻介質(zhì)中 波線恒與波面垂直 沿波線方向各質(zhì)點的振動相位依次落后 10 平面波 球面波 11 波長 沿波的傳播方向 兩個相鄰的 相位差為的振動質(zhì)點之間的距離 即一個完整波形的長度 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 機械波 4 描述波動的幾個物理量 1 波長 12 2 周期 波前進一個波長的距離所需要的時間 3 頻率 周期的倒數(shù) 即單位時間內(nèi)波動所傳播的完整波的數(shù)目 4 波速 波動過程中 某一振動狀態(tài) 即振動相位 單位時間內(nèi)所傳播的距離 相速 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 機械波 13 如為介質(zhì)的密度 液 氣體 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 機械波 14 例1在室溫下 空氣中的聲速u1為340m s 水中的聲速u2為1450m s 求頻率為200Hz和2000Hz的聲波在空氣中和水中的波長各為多少 在水中的波長 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 機械波 15 例2假如在空氣中傳播時 空氣的壓縮與膨脹過程進行得非常迅速 以致來不及與周圍交換熱量 聲波的傳播過程可看作絕熱過程 1 視空氣為理想氣體 試證聲速u與壓強p的關(guān)系為 與溫度T的關(guān)系為為氣體摩爾熱容之比 為密度 R為摩爾氣體常數(shù) M為摩爾質(zhì)量 2 求0 和20 時 空氣中的聲速 空氣中 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 機械波 16 解 氣體中縱波的速度 1 理想氣體絕熱過程應(yīng)滿足絕熱方程 由理想氣體狀態(tài)方程 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 機械波 P為氣體壓強 V為體積 17 2 由 1 解 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 機械波 2 求0 和20 時 空氣中的聲速 空氣中 18 各質(zhì)點相對平衡位置的位移 波線上各質(zhì)點平衡位置坐標 簡諧波 在均勻的 無吸收的介質(zhì)中 波源作簡諧運動時 在介質(zhì)中所形成的波 平面簡諧波 波面為平面的簡諧波 介質(zhì)中任一質(zhì)點 坐標為x 相對其平衡位置的位移 坐標為y 隨時間的變化關(guān)系 即稱為波函數(shù) 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 波動方程 平面簡諧波 19 t x u時刻點O的運動 t時刻點P的運動 點P振動方程 1 時間推遲法 u 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 波動方程 20 點P比點O落后的相位 點P振動方程 點O振動方程 2 相位落后法 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 波動方程 21 點O振動方程 如果原點的初相位不為零 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 波動方程 22 波動方程的其它形式 質(zhì)點的振動速度 加速度 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 波動方程 23 波函數(shù)的物理意義 1 當x固定時 波函數(shù)表示該點的簡諧運動方程 并給出該點與點O振動的相位差 波具有時間的周期性 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 波動方程 24 波具有空間的周期性 2 當一定時 波函數(shù)表示該時刻波線上各點相對其平衡位置的位移 即此刻的波形 波程差 波函數(shù)的物理意義 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 波動方程 25 3 若均變化 波函數(shù)表示波形沿傳播方向的運動情況 行波 波函數(shù)的物理意義 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 波動方程 26 例題已知波動方程如下 求波長 周期和波速 把題中波動方程改寫成 比較得 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 波動方程 27 方法二 由各物理量的定義求解 周期為相位傳播一個波長所需的時間 波長是指同一時刻 波線上相位差為的兩點間的距離 例已知波動方程如下 求波長 周期和波速 解 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 波動方程 28 例題一平面簡諧波沿Ox軸正方向傳播 已知振幅A 1 0m 在時坐標原點處的質(zhì)點位于平衡位置沿Oy軸正方向運動 求 1 波動方程 2 求波形圖 3 x 0 5m處質(zhì)點的振動規(guī)律并做圖 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 波動方程 波動方程的標準式 29 1 寫出波動方程的標準式 解 例3一平面簡諧波沿Ox軸正方向傳播 已知振幅 在時坐標原點處的質(zhì)點位于平衡位置沿Oy軸正方向運動 求 1 波動方程 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 波動方程 30 當 解 2 因為 例3一平面簡諧波沿Ox軸正方向傳播 已知振幅 在時坐標原點處的質(zhì)點位于平衡位置沿Oy軸正方向運動 求 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 波動方程 2 求波形圖 31 處質(zhì)點的振動方程 解 例題一平面簡諧波沿Ox軸正方向傳播 已知振幅 在時坐標原點處的質(zhì)點位于平衡位置沿Oy軸正方向運動 求 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 波動方程 3 處質(zhì)點的振動規(guī)律并做圖 3 因為 32 例題一平面簡諧波以速度u 20m s沿直線傳播 波線上點A的簡諧運動方程為 1 以A為坐標原點 寫出波動方程 2 以B為坐標原點 寫出波動方程 3 寫出傳播方向上點C 點D的簡諧運動方程 4 分別求出BC CD兩點間的相位差 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 波動方程 33 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 波動方程 當t 0 x 0時 34 解 2 以B為坐標原點 寫出波動方程 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 波動方程 35 點C的相位比點A超前 點D的相位落后于點A 解 3 寫出傳播方向上點C 點D的簡諧運動方程 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 波動方程 36 解 4 分別求出BC CD兩點間的相位差 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 波動方程 37 一 波的能量 能量密度 當機械波在媒質(zhì)中傳播時 媒質(zhì)中各質(zhì)點均在其平衡位置附近振動 同時 介質(zhì)發(fā)生彈性形變 因而具有振動動能和彈性勢能 以固體棒中傳播的縱波為例分析波動能量的傳播 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 波的能量 固體棒的截面積為S 長度為l 38 39 振動動能 一 波的能量 能量密度 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 波的能量 40 質(zhì)元的長度為dx 質(zhì)元長度的增量為dy 彈性勢能的推導(dǎo)過程類比彈簧的彈性勢能公式 一 波的能量 能量密度 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 波的能量 波速 41 體積元的總機械能 討論 體積元在平衡位置時 動能 勢能和總機械能均最大 體積元的位移最大時 三者均為零 1 在波動傳播的媒質(zhì)中 任一體積元的動能 勢能 總機械能均周期性變化 且變化是同相位的 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 波的能量 振動動能 振動彈性勢能 42 2 任一體積元都在不斷地接收和放出能量 即不斷地傳播能量 任一體積元的機械能不守恒 波動是能量傳遞的一種方式 討論 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 波的能量 未起振的體積元 43 能量密度 單位體積介質(zhì)中的波動能量 平均能量密度 能量密度在一個周期內(nèi)的平均值 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 波的能量 44 二 能流 能流密度 能流 單位時間內(nèi)垂直通過某一面積的能量 平均能流 能流密度 波的強度 通過垂直于波傳播方向的單位面積的平均能流 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 波的能量 45 介質(zhì)無吸收 通過兩個球面的平均能流相等 例證明球面波的振幅與離開其波源的距離成反比 并求球面簡諧波的波函數(shù) 即 式中為離開波源的距離 為處的振幅 證 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 波的能量 振幅與離開其波源的距離成反比 r處的振幅為 46 1 幾列波相遇之后 仍然保持它們各自原有的特征 頻率 波長 振幅 振動方向等 不變 并按照原來的方向繼續(xù)前進 好象沒有遇到過其他波一樣 2 在相遇區(qū)域內(nèi)任一點的振動 為各列波單獨存在時在該點所引起的振動位移的矢量和 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 波的疊加原理 波的干涉 波的疊加 47 頻率相同 振動方向平行 相位相同或相位差恒定的兩列波相遇時 使某些地方振動始終加強 而使另一些地方振動始終減弱的現(xiàn)象 稱為波的干涉現(xiàn)象 波的干涉 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 波的疊加原理 波的干涉 48 波的相干條件 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 波的疊加原理 波的干涉 49 常量 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 波的疊加原理 波的干涉 50 1 合振動的振幅 波的強度 在空間各點的分布隨位置而變 但是穩(wěn)定的 振動始終加強 振動始終減弱 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 波的疊加原理 波的干涉 51 波程差 若則 振動始終減弱 振動始終加強 其他 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 波的疊加原理 波的干涉 52 解 例題如圖所示 A B兩點為同一介質(zhì)中兩相干波源 其振幅皆為5cm 頻率皆為100Hz 但當點A為波峰時 點B為波谷 設(shè)波速為10m s 試寫出由A B發(fā)出的兩列波傳到點P時干涉的結(jié)果 設(shè)A的相位較B超前 則 點P合振幅 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 波的疊加原理 波的干涉 53 惠更斯原理 在波的傳播過程中 波陣面上的每一點都可以看作發(fā)射次級子波的波源 在其后的任一時刻 這些子波的包跡就成為新的波陣面 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 惠更斯原理 衍射 球面波 平面波 54 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 惠更斯原理 55 如你家在大山后 聽廣播和看電視哪個更容易 若廣播臺 電視臺都在山前側(cè) 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 惠更斯原理 56 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 駐波 當兩列振幅相同的相干波沿同一直線相向傳播時 合成的波是一種波形不隨時間變化的波 稱為駐波 57 1 駐波方程 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 駐波 58 函數(shù)不滿足 它不是行波 它表示各點都在作簡諧振動 各點振動的頻率相同 是原來波的頻率 但各點振幅隨位置的不同而不同 駐波的特點 不是振動的傳播 而是媒質(zhì)中各質(zhì)點都作穩(wěn)定的振動 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 駐波 59 動畫 60 1 波腹與波節(jié)駐波振幅分布特點 2 駐波的特點 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 駐波 61 相鄰波腹間的距離為 相鄰波節(jié)間的距離為 相鄰波腹與波節(jié)間的距離為 因此可用測量波腹間的距離 來確定波長 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 駐波 62 2 駐波的位相的分布特點 在波節(jié)兩側(cè)點的振動相位相反 同時達到反向最大或同時達到反向最小 速度方向相反 兩個波節(jié)之間的點其振動相位相同 同時達到最大或同時達到最小 速度方向相同 一 波動學(xué)基礎(chǔ) 駐波 63 聲波 客觀上是聲振動在在彈性介質(zhì)中傳播的機械波 固體 橫波 縱波 液 氣體 縱波 主觀上是這種物理現(xiàn)象可引起人的聽覺 可聞聲波 20 20000Hz次聲波 低于20Hz超聲波 高于20000Hz 二 聲學(xué)基礎(chǔ) 聲波 64 貝爾 B 2聲強級 人們規(guī)定聲強 即相當于頻率為1000Hz的聲波能引起聽覺的最弱的聲強 為測定聲強的標準 1聲強 聲波的能流密度 分貝 dB 能夠引起人們聽覺的聲強范圍 二 聲學(xué)基礎(chǔ) 描述聲波的物理量 如某聲波的聲強為I 則比值I I0的對數(shù) 叫做相應(yīng)于I的聲強級LI 65 幾種聲音近似的聲強 聲強級和響度 二 聲學(xué)基礎(chǔ) 描述聲波的物理量 66 例 已知兩聲強級之差為20dB 求兩聲強之比 二 聲學(xué)基礎(chǔ) 描述聲波的物理量 67 接收頻率 單位時間內(nèi)觀測者接收到的振動次數(shù)或完整波數(shù) 只有波源與觀察者相對靜止時才相等 二 聲學(xué)基礎(chǔ) 多普勒效應(yīng) 觀察者接受到的頻率有賴于波源或觀察者運動的現(xiàn)象 稱為多普勒效應(yīng) 68 觀察者接受到的頻率有賴于波源或觀察者運動的現(xiàn)象 稱為多普勒效應(yīng) 二 聲學(xué)基礎(chǔ) 多普勒效應(yīng) vS 表示波源相對于介質(zhì)的運動速度 vB 表示觀察者相對于介質(zhì)的運動速度 波源的頻率 u 波在介質(zhì)中的速度 B 觀察者接受到的頻率 69 1 波源不動 觀察者相對介質(zhì)以速度運動 觀察者接收的頻率 觀察者向波源運動 觀察者遠離波源 二 聲學(xué)基礎(chǔ) 多普勒效應(yīng) 70 2 觀察者不動 波源相對介質(zhì)以速度運動 觀察者接收的頻率 波源向觀察者運動 波源遠離觀察者 二 聲學(xué)基礎(chǔ) 多普勒效應(yīng) 71 3 波源與觀察者同時相對介質(zhì)運動 若波源與觀察者不沿二者連線運動 觀察者向波源運動 遠離 波源向觀察者運動 遠離 二 聲學(xué)基礎(chǔ) 多普勒效應(yīng) 72 73 二 聲學(xué)基礎(chǔ) 多普勒效應(yīng) 沖擊波 若 波源就會沖出自身發(fā)出的波陣面 在時間內(nèi) 它所發(fā)出的波的一系列波面的包絡(luò)是一個圓錐體 稱為馬赫錐 這種波稱為沖擊波 a 馬赫錐的 頂角滿足 74 聲暴 當波源的運動速率剛好等于波速時 即 馬赫錐的頂角 錐面變?yōu)槠矫?波源在各時刻發(fā)射的波 幾乎與波源自身共處于同一平面 這時沖擊波的能量非常集中 強度和破壞力極大 這種現(xiàn) 例如 當飛機剛好以聲速飛行時 機體所產(chǎn)生的任一振動都將尾隨在機體附近 并引起機身的共振 給飛行帶來危險 因此 超音速飛機在飛行時都要盡快越過這道音速的屏障 象稱為 聲暴 二 聲學(xué)基礎(chǔ) 多普勒效應(yīng) 75 5 衛(wèi)星跟蹤系統(tǒng)等 1 交通上測量車速 2 醫(yī)學(xué)上用于測量血流速度 3 天文學(xué)家利用電磁波紅移說明大爆炸理論 4 用于貴重物品 機密室的防盜系統(tǒng) 二 聲學(xué)基礎(chǔ) 多普勒效應(yīng)的應(yīng)用 76 1 解 例A B為兩個汽笛 其頻率皆為50Hz A靜止 B以60m s的速率向右運動 在兩個汽笛之間有一觀察者O 以30m s的速度也向右運動 已知空氣中的聲速為330m s 求 1 觀察者聽到來自A的頻率 2 觀察者聽到來自B的頻率 3 觀察者聽到的拍頻 2 3 觀察者聽到的拍頻 二 聲學(xué)基礎(chǔ) 多普勒效應(yīng) 77 兩列同方向傳播 同方向振動的 振幅相等的平面波 如果它們的頻率相差很小 相對于自身頻率來說 差是小量 那么它們疊加在一起后形成的波有如下特性 1 波上的點的振動頻率與原來的兩個波的頻率近似相等 2 波的振幅不固定 有些點的振幅是原來的兩倍 有些點的振幅是零 同時某一點的振幅也會隨時間變化 從圖像上來看 這個波的局部形狀依然是以原先頻率振動的波 但各個波峰的外緣卻形成了波長更長的一個波形 即振幅在空間上的變化 對于聲波來說 我們聽到的聲音強弱取決于聲波振幅的大小 因此當這樣的波傳入人耳時 人耳處 空間固定點 的波的振幅會隨時間變化 于是 在聽覺上會感到音量有周期性的強弱 一強一弱稱為一次拍 而在單位時間內(nèi)聽到的拍數(shù) 就是拍頻 二 聲學(xué)基礎(chǔ) 多普勒效應(yīng) 拍頻 78 解 例A B為兩個汽笛 其頻率皆為50Hz A靜止 B以60m s的速率向右運動 在兩個汽笛之間有一觀察者O 以30m s的速度也向右運動 已知空氣中的聲速為330m s 求 1 觀察者聽到來自A的頻率 2 觀察者聽到來自B的頻率 3 觀察者聽到的拍頻 3 觀察者聽到的拍頻 二 聲學(xué)基礎(chǔ) 多普勒效應(yīng) 79 例題利用多普勒效應(yīng)監(jiān)測車速 固定波源發(fā)出頻率為的超聲波 當汽車向波源行駛時 與波源安裝在一起的接收器接收到從汽車反射回來的波的頻率為 已知空氣中的聲速 求車速 解 2 車為波源 車速 1 車為接收器 二 聲學(xué)基礎(chǔ) 多普勒效應(yīng) 超聲無損檢測的工作原理金屬中有氣孔 裂紋 分層等缺陷 缺陷中有氣體 或夾雜 超聲波傳播到金屬與缺陷的界面處時 就會全部或部分反射 三 超聲無損檢測技術(shù) plate crack initialpulse crackecho backsurfaceecho Oscilloscope orflawdetectorscreen 超聲檢測 使超聲波與被檢測工件相互作用 根據(jù)超聲波的反射 透射和散射行為 對被檢測工件進行缺陷檢測 幾何測量等無損檢測方法 超聲無損檢測特點 金屬 非金屬 復(fù)合材料等都可以進行無損檢測 超聲強度低 不會對被測試件造成影響 對人體無害 設(shè)備輕便 現(xiàn)場檢測 缺陷大小 位置等具有一定綜合優(yōu)勢 3 1超聲波的特點 3 1超聲波的分類 縱波 介質(zhì)質(zhì)點振動方向與波傳播方向相反 由交變拉壓力作用 質(zhì)點間伸縮變形 橫波 S或T 介質(zhì)質(zhì)點振動方向與波傳播方向垂直 有質(zhì)點間交變切應(yīng)力作用 產(chǎn)生切變形 表面波 R 沿著介質(zhì)表面?zhèn)鬟f的波 1885年由瑞利發(fā)現(xiàn) 因此又成瑞利波 板波 R 在板厚和波長相當?shù)膹椥员“逯袀鬟f的超聲波 是橫波與縱波合成 振動軌跡為橢圓 3 1超聲波的分類 頻率高 波長短 衍射不嚴重 因而具有良好的定向傳播功能 如探測魚群 潛艇 由于頻率高 超聲波的聲強比一般聲波大 超聲波穿透能力強 在液體 固體中衰減很小 超聲波遇到雜質(zhì)或介質(zhì)分界面時候 有顯著反射 實現(xiàn)無損探傷 3 2超聲波的特點 具有波特性 反射 透射 折射 散射等 超聲波垂直入射到平面上的反射與透射超聲波在傳播過程中遇到異介質(zhì)面時 產(chǎn)生反射與透射 反射波與透射波強度按比例分配 由聲壓反射率和聲壓透射率決定 3 3超聲波在介質(zhì)中的傳播特性 聲壓反射率 界面上反射波的聲壓Pr與入射波的聲壓P0的比值 用符號r表示 聲壓透射率 界面上透射波的聲壓Pt與入射波的聲壓P0的比值 用符號t表示 3 3超聲波在介質(zhì)中的傳播特性 聲強反射率 界面上反射波的聲強Ir與入射波的聲強I0的比值 用符號R表示 聲強透射率 界面上透射波的聲強It與入射波的聲強I0的比值 用符號T表示 3 3超聲波在介質(zhì)中的傳播特性 薄層界面 發(fā)生多次反射與透射 可能相互干涉 其反射率和透射率較復(fù)雜 第一介質(zhì) 第二介質(zhì) 第三介質(zhì) 3 3超聲波在介質(zhì)中的傳播特性 當?shù)谝?三介質(zhì)為同一種介質(zhì)時候 異質(zhì)薄層聲壓反射率 r 和透射率 t 分別為 d2異質(zhì)薄層厚度 2異質(zhì)薄層內(nèi)波長 m兩種介質(zhì)的聲阻抗之比 Z1 Z2 3 3超聲波在介質(zhì)中的傳播特性 超聲波傾斜入射到平界面上的反射與折射 傳播模式將發(fā)生改變 例如 縱波轉(zhuǎn)變?yōu)闄M波 傳輸速率發(fā)生變化 斯涅耳定律 入射角 折射角 反射角 L 縱波 S 橫波 C 聲速 1 2代表介質(zhì) 3 3超聲波在介質(zhì)中的傳播特性 根據(jù)指示量 分為三類 聲的穿透能量 又稱為穿透法 與缺陷面積 波束面積之比 缺陷與波束取向等都有關(guān)系 須從工件兩側(cè)接近 應(yīng)用不廣 頻率可變的超聲波形成駐波 主要用于測量厚度 現(xiàn)在已經(jīng)不太使用 反射聲波的幅度和運行時間 常用于脈沖反射法 是最常用方法 分為A B C型 3 3超聲波檢測儀器 A型顯示儀 用于顯示反射面在工件中的埋藏深度和反射信號幅度 根據(jù)反射波的時間基線位置可以確定反射波與超聲波入射面之間距離 根據(jù)反射波幅度可以確定大小 同步電路 發(fā)射電路 時基電路 接收放大電路 示波器 x向 y向 3 3超聲波檢測儀器 A掃描 B型顯示儀 顯示反射面在工件縱截面上的分布 反映二維平面圖象 反射波通過光點亮度反映大小 3 3超聲波檢測儀器 B掃描 C型顯示儀 反映反射面在平面視圖上的分布 反射波亮度在電子深門之內(nèi) 被調(diào)節(jié)點亮顯示 通過各種色彩實現(xiàn)深度表達 3 3超聲波檢測儀器 B掃描 產(chǎn)生超聲振動 發(fā)射超聲波 以及可以接受超聲波的器件叫超聲換能器 其中 接收超聲波的部分 接收器 可稱為探頭 目前 常用的超聲換能器有壓電片 電磁聲器件和激光聲器件 其中 常用的壓電型探頭 換能 能量一種轉(zhuǎn)換方式 例如 機械能轉(zhuǎn)換為電能 這里 將其它形式能量轉(zhuǎn)換為超聲振動 或者將超聲振動轉(zhuǎn)換為其它形式能量 3 4超聲波換能器與探頭 壓電換能超聲探頭 壓電片 接受激勵電信號 產(chǎn)生振動發(fā)射超聲波 受迫變形 產(chǎn)生電信號 外殼 壓電片 耐磨板 連接線 斜射聲束 橫波 接觸型壓電探頭 3 4超聲波換能器與探頭 磁致伸縮換能器 如鐵 鈷 鎳等鐵磁材料桿狀物 在軸向施加磁場 會產(chǎn)生機械應(yīng)變 這種效應(yīng)稱為磁致伸縮效應(yīng)或焦耳效應(yīng) 這種效應(yīng)是可逆的 3 4超聲波換能器與探頭 激光超聲換能器在時間T內(nèi) 由激光器發(fā)射N個脈沖到材料表面 靠近表面的材料出現(xiàn)交替膨脹和收縮 并轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械振動 空氣 鋼 激光束 縱波 橫波 0 0 0 0 90 90 90 90 玻璃條 3 4超聲波換能器與探頭 電磁超聲換能器利用電磁感應(yīng)原理激發(fā)超聲波 在靠近被測金屬表面的線圈中通以高頻電流 被測金屬中會感生出一個相同頻率的渦流場 感生渦流場在外加磁場的作用下 產(chǎn)生相同頻率的洛倫茲力 作用于金屬的晶格上 使晶格產(chǎn)生周期性的振動 從而激發(fā)超聲波 3 4超聲波換能器與探頭 相控陣超聲換能器相控陣超聲檢測探頭是由多個晶片組成的換能器陣列 陣列單元在發(fā)射電路激勵下以可控的相位激發(fā)出超聲 并使超聲聲束在確定的聲域處聚焦 3 4超聲波換能器與探頭 超聲波檢測方法 脈沖反射法 穿透法和共振法 脈沖反射法 超聲波探頭發(fā)射脈沖到被檢測工件 根據(jù)反射波情況探測被檢測物缺陷 根據(jù)探測機理 可進一步分為 缺陷回波法 底波高度法和多次底波法 1 缺陷回波法 根據(jù)反射回波進行缺陷判斷 3 5超聲波檢測方法 探頭發(fā)射