超声波检测
超声波检测基础知识
超声波检测基础知识简介超声波检测通常是指通过声波的反射、散射等物理现象对实物进行检测和分析的一种非破坏性检测技术。
超声波具有频率高、穿透力强、灵敏度高、特性稳定等优点，被广泛应用于工业、医学、环保等领域中。
超声波的基本原理超声波是指频率大于20kHz的声波。
超声波在物质中传播的速度受到物质密度、弹性模量和泊松比等因素的影响。
当超声波遇到物体表面或内部结构发生反射或散射时，会在探头中产生电信号，通过信号处理和分析，就可以获得物体的内部结构信息。
超声波探测技术超声波探测系统主要包含以下三个部分：超声发生器、超声探头和信号分析仪。
超声发生器负责产生超声波信号，超声探头负责将超声波信号传递到被测物体中，信号分析仪负责对超声波信号进行处理和分析。
超声波探测技术可以分为接触式和非接触式两种方式。
接触式超声波探测需要将超声探头直接贴附于被测物体表面，适用于对表面缺陷进行检测。
非接触式超声波探测通过传播空气中的超声波来检测物体内部结构，适用于一些特殊要求的场合。
超声波检测应用领域超声波检测技术被广泛应用于工业、医学、环保等领域。
在工业领域中，超声波检测技术可以用于检测金属、非金属材料的缺陷、变形等情况，被广泛应用于航空、汽车、管道等领域。
在医学领域中，超声波检测技术可以用于对人体内部组织器官进行检测和诊断，被广泛应用于心脏、腹部、肝脏等区域。
在环保领域中，超声波检测技术可以用于对大气、水等环境因素进行监测和分析。
超声波检测的优缺点超声波检测技术具有频率高、分辨率高、不破坏被测物体等优点。
同时，超声波检测技术也存在检测深度限制、检测结果易受表面状态影响等缺点。
因此，在选择超声波检测技术时，需要综合考虑其优缺点和适用场合。
超声波检测技术是一种非破坏性检测技术，具有广泛的应用领域和优点。
未来，随着科技的不断发展，超声波检测技术将会发挥更加重要的作用，为人们的生产生活带来更多的便利和贡献。
超声波的检测方法
超声波的检测方法
超声波的检测方法主要有以下几种：
1. 超声波探测：利用超声波的传播特性，通过发送超声波信号并接收回波信号来检测目标物体的位置、形状、尺寸等信息。
常见的超声波探测设备包括超声波探测仪、超声波传感器等。
2. 超声波成像：利用超声波的回波信号生成图像，用于观察和分析被测对象的内部结构。
超声波成像技术广泛应用于医学、工业、材料科学等领域。
常见的超声波成像设备包括超声波扫描仪、超声波探头等。
3. 超声波测厚：利用超声波在材料中传播的速度与材料的厚度成正比的关系，通过测量超声波的传播时间或回波信号的强度来确定材料的厚度。
超声波测厚广泛应用于金属、玻璃、塑料等材料的厚度测量。
4. 超声波流量计：利用超声波在液体或气体中传播的速度与流速成正比的关系，通过测量超声波的传播时间或频率变化来确定流体的流速。
超声波流量计适用于输送液体或气体的管道中流速的测量与控制。
5. 超声波检测缺陷：利用超声波在材料中传播的特性，通过检测超声波回波信号的变化来检测材料内部的缺陷、裂纹等。
超声波检测缺陷广泛应用于材料检测、焊接质量检验等领域。
除上述方法外，超声波还可用于测距、测速、液位控制等方面的检测。
超声波检测方案
超声波检测方案引言超声波技术是一种利用声波的频率超过人类听力范围（20kHz）的声波进行检测和测量的无损、非接触性方法。
它在工业、医疗、军事等领域有着广泛的应用。
本文将介绍超声波检测方案的原理、应用以及相关设备。
原理超声波检测的原理基于超声波在被测物体内的传播和反射。
超声波可以在材料中以驻波的形式传播，并且当超声波遇到不同介质之间的界面时，会发生反射、折射和透射。
当超声波穿过材料时，其传播速度会受到材料密度、弹性模量等因素的影响。
通过测量超声波在材料中的传播速度以及反射、折射的情况，可以获取材料的内部结构信息、缺陷和异物的位置、大小等。
超声波检测通常需要以下几种设备：1.超声波发生器和接收器：用于生成和接收超声波信号。
发生器将电能转化为超声波信号，接收器将超声波信号转化为电信号进行处理和分析。
2.超声波传感器：也称为探头或探测头，用于发射和接收超声波信号。
传感器的选择需考虑到被测物体的性质和要求。
3.数据采集系统：用于采集、处理和存储超声波信号。
数据采集系统通常包括模数转换器、信号处理器和存储器。
4.显示器和分析软件：用于显示和分析采集到的超声波信号。
显示器可以实时显示超声波信号的波形和参数，分析软件可以对信号进行进一步处理和分析。
超声波检测在各个领域有着广泛的应用，以下是几个常见的应用领域：工业领域在工业领域，超声波检测被广泛应用于材料的质量检测和结构监测。
例如，可以使用超声波检测方法对金属材料进行无损检测，发现裂纹、疲劳和腐蚀等缺陷。
此外，超声波检测还可以用于液体水平的测量、流速检测等。
医疗领域在医疗领域，超声波检测被广泛用于医学成像和诊断。
超声波成像可以以非侵入性的方式获取人体组织的内部结构，用于检测器官、血管、肿瘤等。
此外，超声波检测还可以用于心血管系统的评估、胎儿监测等。
地质勘探超声波检测在地质勘探中也有重要应用。
通过对地下岩层的超声波传输、反射和折射进行分析，可以获取地质结构、岩层性质以及可能的矿藏等信息。
超声波检测原理及应用
超声波检测原理及应用超声波检测是利用声波在物质中传播的特性对物质进行无损检测和测量的一种方法。
其原理是利用超声波在材料中的传播速度和反射衰减规律，通过测量声波在材料中的传播时间以及反射强度来获取材料的内部结构、缺陷等信息。
超声波检测是一种非破坏性检测方法，其应用广泛，包括工业、医学、环境科学等领域。
下面将详细介绍超声波检测的原理及应用。
一、超声波检测原理超声波是一种频率超过人类听力范围的声波，一般指频率大于20kHz的声波。
超声波在固体、液体和气体等介质中传播时会发生反射、折射和散射等现象，这些现象与材料的密度、弹性、缺陷等属性有关。
超声波在材料中传播的速度与材料的密度和弹性有关，通常情况下，密度越大、弹性越高的材料，其超声波传播速度越快。
超声波在材料中传播时，可以被材料内部的缺陷、表面的不均匀性和界面反射等反射回来。
利用超声波检测材料时，可以通过测量超声波传播的时间和幅度来获取材料的内部结构、缺陷等信息。
测量的方法主要有脉冲回波法、干涉法、散射法等。
脉冲回波法是最常用的超声波检测方法，它利用超声波在材料中传播的速度和反射衰减规律，通过发送一个短脉冲的超声波信号，等待其被材料中的缺陷反射回来，然后测量超声波传播时间，从而计算出缺陷的位置和尺寸。
干涉法是利用超声波在材料中传播时发生的相位差引起的干涉现象，通过测量干涉信号的变化来获取材料的内部结构信息。
散射法是利用超声波在材料中传播时发生的散射现象，通过测量散射信号的特征来获取材料的微观信息。
二、超声波检测应用1. 工业领域：超声波检测在工业领域中有广泛的应用，可以用于材料的缺陷检测、质量评估和结构监测等。
例如，可以利用超声波检测金属焊接缺陷、混凝土中的裂缝、铸件中的气孔等。
2. 医学领域：超声波检测在医学领域中应用广泛，常用于诊断、治疗和监测等。
例如，超声波可以用于检测人体内部的器官、血管等组织的结构和功能，可用于诊断肿瘤、心血管疾病等疾病。
3. 材料科学：超声波检测在材料科学中有重要的应用，可以用于材料的结构、性能和缺陷等的研究。
超声波检测的三种基本方法
超声波检测的三种基本方法
超声波检测方法可以根据其原理分为以下三种：
1. 脉冲反射法：这种方法利用超声波探头发射脉冲波到被检测物体内，根据反射波的情况来检测物体缺陷。
它包括缺陷回波法、底波高度法和多次底波法。
2. 穿透法：这种方法依据脉冲波或连续波穿透物体之后的能量变化来判断缺陷情况。
穿透法常采用两个探头，一收一发，分别放置在物体的两侧进行探测。
3. 共振法：当声波（频率可调的连续波）在被检测物体内传播，当物体的厚度为超声波的半波长的整数倍时，将引起共振，仪器显示出共振频率。
当物体内存在缺陷或物体厚度发生变化时，将改变物体的共振频率，依据物体的共振频率特性，来判断缺陷情况和物体厚度变化情况。
以上内容仅供参考，建议查阅专业超声波书籍获取更全面和准确的信息。
《无损检测》超声波课件
环境控制
保持检测环境的清洁和干 燥，避免灰尘、潮湿等因 素对设备的影响。
04 超声波检测技术在实际应 用中的案例分析
金属材料的超声波检测
总结词
高效、准确、无损
详细描述
超声波检测技术广泛应用于金属材料的检测，如钢、铝、铜等。通过高频声波 的反射和传播特性，可以快速准确地检测出金属材料内部的缺陷、夹杂物和晶 界结构，为产品质量控制和安全性评估提供有力支持。
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超声波的接收与处理
超声波的接收
通过超声探头将超声波转换为电信号，便于后续的信号处理 。
信号处理技术
对接收到的电信号进行放大、滤波、检波等处理，提取出有 用的信息。
超声波检测的信号处理技术
信号预处理
对原始信号进行去噪、增益调 整等处理，以提高信号质量。
信号特征提取
提取出反映被测物体特性的信 号特征，如幅度、频率、相位 等。
超声波检测技术的挑战与机遇
技术创新
不断推动超声波检测技术的理论研究和应用创新， 提高检测精度和可靠性，拓展应用领域。
人才培养
加强超声波检测技术的人才培养和队伍建设，提 高技术人员的专业素质和技术水平。
市场拓展
加强市场推广和宣传，提高超声波检测技术的社 会认知度和市场占有率，促进产业发展。
THANKS FOR WATCHING
件等。
表面波探头
适用于检测材料表面和 近表面的细微缺陷，如
玻璃、陶瓷等。
兰姆波探头
适用于检测复合材料、 胶接结构等特殊材料的
缺陷。
超声波检测仪器的性能指标
频率
超声波的频率决定了检测的分辨率和 穿透能力，应根据不同的检测需求选 择合适的频率。
动态范围
超声波检测的基本方法
超声波检测的基本方法超声波检测是一种利用超声波在物体内部传播和反射的原理来获取有关物体结构和性质的一种无损检测方法。
它具有非接触、实时性强、灵敏度高、能够检测深部缺陷等优点，在工业、医学、材料科学等领域得到广泛应用。
下面将介绍超声波检测的基本方法。
1. 超声波的产生与传播超声波是指频率超过20kHz的声波，通常由压电材料产生。
压电材料在电场的作用下会发生压电效应，产生机械振动，从而产生超声波。
超声波在介质中的传播速度与介质的密度、弹性模量等有关。
2. 超声波的接收与处理超声波检测系统通常由超声波发射器、接收器和信号处理器组成。
超声波发射器将电能转化为超声波能量，发送到被测物体上。
被测物体对超声波进行反射、散射或透射。
接收器接收到反射回来的超声波信号，并将其转化为电信号。
信号处理器对接收到的电信号进行放大、滤波、增益调节等处理，以便分析和判断被测物体的结构和缺陷情况。
3. 超声波的探头和成像超声波检测中常用的探头有接触式和非接触式两种。
接触式探头直接接触被测物体表面，通过声波在物体内部的传播和反射来获取信息。
非接触式探头则无需直接接触被测物体，通过空气或水等介质传播超声波。
超声波成像是超声波检测中常用的方法之一，它通过探头的移动和超声波的传播来获取被测物体内部的结构信息。
成像过程中，探头发射超声波，接收到反射回来的超声波信号后，计算机对接收到的信号进行处理，并将其转化为图像显示出来。
超声波成像可以直观地显示出被测物体的结构和缺陷位置，对于工业检测和医学诊断有着重要意义。
4. 超声波的参数和特征超声波检测中常用的参数有声速、频率、幅度和相位等。
声速是超声波在介质中传播的速度，与介质的物理性质有关。
频率是指超声波的振动次数，频率越高，分辨率越高。
幅度是超声波的振幅，与被测物体的缺陷大小有关。
相位是超声波的相对偏移，可以用来判断被测物体的结构。
超声波的特征包括信号的幅度、声速、频谱和波形等。
信号的幅度可以用来判断被测物体的缺陷大小。
第三章 超声波检测技术
4）高频型
第三节 超声波换能器的接口电路
一、超声波换能器的驱动电路
二、超声波换能器的接收电路
三、超声波换能器接收发送两用电路
第四节 超声无损检测
A型显示脉冲反射式超声探伤仪
A型显示脉冲反射式超声探伤仪采用按一定频率间隔发射的具 有一定持续时间的超声脉冲波，其探测结果以荧光屏显示，具有 灵敏度高、缺陷定位精度高、适应范围广的优点。
4．时基电路 时基电路即扫描电路，由延时、扫描两部分组成。同步脉冲信号 经延迟后，再去触发扫描电路，产生锯齿波电压，加在显象管的偏 转板上，使使电子束匀速移动进行扫描，扫描光点的移动速度与锯 齿波电压幅度变化成正比，只要控制锯齿波电压的斜率，就可以改 变扫描速度，使之与超声波在介质中的传播时间相一致，从而调整 探测范围。通过延迟一段时间后再进行扫描，可以把需要仔细观测 的某一区域展现在荧光屏上，便于对缺陷波观察。
(2)抗阻塞性。使用单探头探伤时．发射和接收电路将连在一起，因 此将有几百伏的发射信号加到放大器输入端，这使放大器在发射信 号过后的—段时间内不能正常工作．此现象称为阻塞。放大器因阻 塞不能正常放大的时间称为阻塞时间或阻塞区。如果在阻塞时间内 出现缺陷波，则缺陷波将得不到正常放大，这在实际探伤中是不允 计的。因此，在设计和检验放大器性能时，抗阻塞是—个很重要的 指标，必须把阻塞时间减小到探伤允许的范围内。
二、超声波的类型
超声波在介质中传播的波型取决于介质本身的固有特性和边界 条件、对于流体介质(空气、水等)，当超声波传播时，在介质 中只有拉伸形变而没有切变形变发生，所以只存在超声纵波； 在固态介质中，由于切变变形产生，故还存在超声横波。 1．纵波
当介质中的质点振动方向和超卢波传播方向相同时，此种超 声波为纵波波型，以L表示。任何介质，当其体积发生交替变 化时均产生纵波。由于纵波的产生和接收都较容易，所以纵波 在超声波检测中得到了广泛价用。
超声波检测的基本方法
超声波检测的基本方法超声波检测是一种常用的无损检测技术，通过利用超声波的传播特性来检测材料内部的缺陷或异物。
本文将介绍超声波检测的基本方法，包括超声波的产生和传播、检测原理、设备和操作流程等方面。
一、超声波的产生和传播超声波是一种机械波，其频率高于人耳可听到的上限，一般在20kHz以上。
超声波的产生主要通过压电效应实现，即利用压电材料在电场作用下的形变产生机械振动，从而产生超声波。
超声波在材料中传播时，会遇到不同的界面和缺陷，其中包括反射、透射、折射和散射等现象。
通过对这些现象的分析，可以获取材料内部的信息，并检测出缺陷的位置、形状和尺寸等。
二、超声波检测的原理超声波检测的原理基于声波在材料中传播时的特性。
当超声波遇到材料内部的缺陷或异物时，会发生反射或散射，这些反射或散射的声波信号可以通过超声波探头接收到，并转化为电信号。
通过分析接收到的声波信号，可以判断材料内部的缺陷类型、位置和尺寸等信息。
根据声波的传播速度和接收到的信号强度，还可以对缺陷的性质进行初步判断。
三、超声波检测的设备和操作流程超声波检测通常需要使用超声波探头、超声波发生器和超声波接收器等设备。
超声波探头是将电信号转化为超声波信号的装置，超声波发生器用于产生超声波信号，超声波接收器用于接收和放大接收到的信号。
超声波检测的操作流程一般包括以下几个步骤：1. 准备工作：选择合适的超声波探头和超声波发生器，根据被测材料的特性进行设定。
2. 探头放置：将超声波探头放置在被测材料表面，保持与材料的接触。
3. 发射超声波：通过超声波发生器产生超声波信号，并将其发送到被测材料中。
4. 接收信号：超声波接收器接收到反射或散射的声波信号，并将其转化为电信号。
5. 信号处理：对接收到的电信号进行处理和分析，获取材料内部的信息。
6. 结果判断：根据信号处理的结果，判断材料是否存在缺陷或异物，并进行初步的定性和定量分析。
四、超声波检测的应用领域超声波检测广泛应用于工业领域，可以用于检测金属、塑料、陶瓷等材料中的缺陷或异物。
超声波检测技术
CTS-8006
具有6个独立的发射－接收通道, 性能稳定可靠、抗 干扰能力强。仪器配合不同的机械传动装置，可实现 对钢管、钢板、机械零件等的自动化超声探伤。
2. 超声波探头
1)超声波探头功用
• 超声波探头：一种机械能和电能互相转换的换能
器。大多数探头是利用压电效应制作的。
• 超声波探头功能: 发生和接收超声波。
探头 缺陷
Ｔ Ｆ Ｂ
零件
显示器
超声波检测
1.超声波的定义
• 超声波是一种质点振动频率高于20kHz的机械波， 因其频率超过人耳所能听到的声频段（16Hz— 20kHz）而得名超声波。
• 由于能听到的声波频率不高，波长太大，所以用
于机械零件检测时可能在缺陷周围发生绕射而不 能检测出损伤。 • 而超声波频率极高，波长短，不会发生绕射漏检 问题。所以，都用超声波去检测工件缺陷。
2.超声波的特点
• 方向性好
• 穿透能力强
• 能量高
• 反射、折射和波型的转换
3.超声波的分类
1）按质点的振动方向分类 （1）纵波
（2）横波
（3）表面波
（4）板波
(a) 对称型
(b) 非对称型
波的类型 纵波
质点振动特点
传播介质
应 用
质点振动方向平 固、液、气体介 行于波传播方向 质
质点振动方向垂 直于波传播方向 质点作椭圆运动， 椭圆长轴垂直波 传播方向，短轴 平行于波传播方 向 上下表面：椭圆 运动, 中心：纵 向振动
方法早已被人们采用。如，用手拍西瓜，听是否
熟了；敲瓷碗，听是否裂了。声音反映物体内部
某些性质。
• 真正促使人类研究利用超声波进行探测的事件是
泰坦尼克号沉没事件。瑞查得森用在空气和水下
无损检测-超声波检测
（3）声强 单位时间内垂直通过单位面积的声能称为 声强, 常用I表示。单位是瓦/厘米2（ W/cm2）或焦耳/厘米2·秒（J/cm2·s）。
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三、超声波在异质界面的反射、透射、折射与波型转换 1.超声波垂直入射到单一平界面时的反射和透射 当超声波垂直入射到两种介质的界面时, 如图2-8所示 , 一部分能量透过界面进入第二种介质, 成为透射波（声强 为It）, 波的传播方向不变；另一部分能量则被界面反射回 来, 沿与反射波相反的方向传播, 成为反射波（声强Ir）。
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四、超声波的衰减特性
1. 扩散衰减
2.超声波在传播过程中, 由于声束的扩散, 使超声波的声
强随距离增加而逐渐减弱的现象称为扩散衰减。扩散衰
减仅取决于波阵面的形状, 与介质的性质无关。
3. 散射衰减
4.超声波在介质中传播时, 遇到晶粒的界面—晶界时产生
散乱反射引起衰减的现象, 称为散射衰减。当材质晶粒
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第一临界角: 如果CL2＞ CL1，当αL增加到一定程度 时， βL=90°，这时所对应的纵波入射角称为第一临 界角。 α1=arcsin(CL1/CL2) 第二临界角: CS2＞ CL1，当αL增加到一定程度时， β S=90°, 这时所对应的纵波入射角称为第二临界角。
αⅡ=arcsin(CL1/CS2）
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2.超声波倾斜入射到界面时的反射和折射
（1）纵波倾斜入射时的反射和折射 如图2-9所示，当纵波L以一定的入射角度倾斜入射 到固/固平界面时，除会形成反射的纵波与折射的 纵波外，还会转换出反射的横波与折射横波，超声 波的传播方向用波的传播方向与界面的法线的夹角 来描述，各种反射波和折射波的传播符合反射、折 射定律:
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超声波检测全.pdf.pdf
超声波检测
垂直入射
单一平面界面
超声波在介质中的传播特性
I0
Ir
Z1
p0
pr
Z2
It
pt
由于Z不同，使I、p在介质两端的分配率不同
超声波检测
超声波在介质中的传播特性
* 声压反射率 * 声压透射率 * 声强反射率
rp
pr p0
Z2 Z1 Z2 Z1
tp
pt p0
2Z 2 Z 2 Z1
R Ir ( Z2 Z1 )2
cS
E
2 (1 )
cR
0 .8 7 1.1 2 1
G
E-杨氏弹性模量；G-剪切弹性模量；σ-泊松比
∴ cL＞cS＞cR
超声波检测
超声场及介质的声参数简介
② 同一介质中，cL＞cS＞cR 当f 相同，λL＞λS＞λR 因λ短，分辨率高，所以，检测能力 L＜S＜R
③ 在液体和气体中只能传播纵波
械波需要有：振动源、弹性介质，是机械振动 在材料介质中的传播。c = fλ
2 方法
产生超声波的方法很多，归纳起来有：机
械法、热学法、电动力法、磁滞伸缩法和压电
法等。常用压电法
超声波检测
超声波检测物理基础
3 超声波的发射和接收
探头（换能器）中的
压电晶片
压电效应
晶片
单晶： 石英（SiO2）、硫酸锂（LSH）
暂时性失聪（致聋）
汽车噪音介乎 80~100 dB
超声波检测
超声场及介质的声参数简介
（3）分贝与奈培
声强级：某一点的声强I与标准声强I0之比的对 数，从而得到二者之差的数量级。用IL表示，即
IL lg I I0
无损检测-超声波检测概述
无损检测-超声波检测概述无损检测（Non-Destructive Testing，NDT）是指在不破坏材料和结构的前提下，通过对材料和结构进行检测、分析和评估，获得材料和结构损伤、缺陷以及性能状况的方法和技术。
无损检测广泛应用于工业生产、科研领域和安全监督等领域，可以提高产品质量和安全性。
超声波检测是无损检测中常用的一种方法，它利用声波在介质中传播的特性来检测材料和结构的内部缺陷和性能状态。
超声波检测主要包括超声波传播、超声波发射和接收、信号处理和数据分析等环节。
超声波是一种频率高于人耳听力范围的声波，它的频率一般在1MHz到1GHz之间。
超声波在材料中的传播速度与材料的密度、刚度、损耗和传播路径等有关。
当超声波遇到材料的界面或缺陷时，会发生反射、折射、衍射等现象，通过检测这些波的变化可以确定材料的缺陷位置、大小和类型等信息。
超声波检测通常需要使用超声发射和接收设备，其中超声发射器将电能转换为机械振动，通过与材料接触或间接耦合的方式将超声波传入材料中。
超声接收器将机械振动转换为电能，将接收到的信号发送到信号处理设备进行分析和评估。
在信号处理环节，需要对接收到的信号进行放大、滤波、增益调节、噪声剔除等操作，以提高信号质量和分辨率。
常用的信号处理技术包括时域分析、频域分析和图像处理等，可以提取出材料的相位、强度和幅度等信息。
超声波检测可用于材料的缺陷检测、定位和评估。
常见的超声波检测应用包括焊缝检测、铁轨检测、管道检测、混凝土结构检测等。
在焊接中，超声波可以用于检测焊缝中的裂纹、夹渣、气孔等缺陷；在铁路领域，超声波可以用于监测铁轨中的疲劳裂纹和应力腐蚀开裂等缺陷；在管道工程中，超声波可以用于检测管道壁厚、管道腐蚀和管道连接等问题；在混凝土结构中，超声波可以用于评估混凝土强度和检测混凝土中的裂纹和空洞等缺陷。
超声波检测具有检测灵敏、无污染、快速、准确和可视化等优点。
它可以检测到微小的内部缺陷，能够评估材料和结构的性能状态，并且可以实时显示和记录检测结果。
超声波检测基本知识
超声波检测基本知识
第37页
六、超声波探伤工艺
1、探伤准备 （1）技术等级、检测区、工件表面准备(对接焊
接接头检测) 检测技术等级 a 技术等级分为A、B、C三级，C级，依据压力容
器产品主要程度进行选取。 b 选取标准： A级检测适合用于承压设备相关支承件和结构件焊
缝检测； B级检测适合用于普通承压设备对接焊缝检测； C级检测适合用于主要承压设备对接焊缝检测。
超声波检测基本知识
介质1 介质2
介质1 介质2
α βL
βS α
第8页
一、超声波性质
在有机玻璃与钢介面，第一临 界角为α1=27.60 βS=33.20第二临界角为 57.7 0，用于焊缝检测超声波斜探 头入射角必须大于第一临界角 而小于第二临界角。 我国习惯：斜探头横波折射角 用横波折射角度正切值表 示，如K=2
Sinα
SinβS
=
=
C 1L
C2S
Sin βL = SinαS’
C 2L
C1S
超声波检测基本知识
αS’ α αL’
βS βL
第7页
一、超声波性质
(2)第一临界角 当在第二介质中折射纵波角 等于90度时，称这时纵波入
射角为第一临界角α I。
这时在第二介质中已没有纵波， 只有横波。焊缝探伤用横波就 是，经过界面波型转换得到。 （3）第二临界角 当纵波入射角继续增大时，在第 二介质中横波折射角也增大， 当βS达90度时，第二介质中没有 超声波，超声波都在表面，为表 面波。
半扩散角θ
超声波检测基本知识
副声束瓣
第13页
二、超声波发射与接收
（2）中线轴线上声压分布情况
在靠晶片一个范围内，因为波干涉，出现声压为“0”点，从晶 片至最终一个声压最大值距离称为近场距离，此区域称近场区。
超声波检测基础知识
第一章超声波检测超声波检测定义：使超声波与试件相互作用，就反射、透射和散射的波进行研究，对试件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征，并进而对其特定应用性进行评价的技术。
超声检测的优点：（1）适用于金属、非金属和复合材料等多种制件的无损检测；（2）穿透能力强，可对较大厚度范围内的试件内部缺陷进行检测。
如对金属材料，可检测厚度为1～2mm的薄壁管材和板材，也可检测几米长的钢锻件；（3）缺陷定位较准确；（4）对面积型缺陷的检出率较高；（5）灵敏度高，可检测试件内部尺寸很小的缺陷；（6）检测成本低、速度快，设备轻便，对人体及环境无害，现场使用较方便。
超声检测的局限性：（1）对试件中的缺陷进行精确的定性、定量仍须作深入研究；(2)对具有复杂形状或不规则外形的试件进行超声检测有困难；(3)缺陷的位置、取向和形状对检测结果有一定影响；(4)材质、晶粒度等对检测有较大影响；(5)以常用的手工A型脉冲反射法检测时结果显示不直观，且检测结果无直接见证记录。
超声波检测的适用范围：从检测对象的材料来说，可用于金属、非金属和复合材料；从检测对象的制造工艺来说，可用于锻件、铸件、焊接件、胶结件等；从检测对象的形状来说，可用于板材、棒材、管材等；从检测对象的尺寸来说，厚度可小至1mm，也可大至几米；从缺陷部位来说，既可以是表面缺陷，也可以是内部缺陷。
1.1超声波检测的基础知识1.1.1 超声波声波：频率在20～20KHz之间；次声波：频率低于20Hz；不容易衰减,不易被水和空气吸收.而次声波的波长往往很长,因此能绕开某些大型障碍物发生衍射.某些次声波能绕地球2至3周.某些频率的次声波由于和人体器官的振动频率相近,容易和人体器官产生共振,对人体有很强的伤害性,危险时可致人死亡超声波：频率大于20KHz。
方向性好,穿透能力强,易于获得较集中的声能,在水中传播距离远,可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。
超声波检测方案
超声波检测方案摘要：超声波检测是一种非接触式的检测技术，广泛应用于工业、医疗和科学研究领域。
本文介绍了超声波检测的原理和常见应用，并根据不同场景提出了一种可行的超声波检测方案。
引言：超声波检测是基于超声波在介质中传播特性和对物体的相互作用而实现的一种无损检测方法。
与传统的X射线、磁粒子检测等方式相比，超声波检测具有非接触、无辐射、高分辨率和实时性等优势，因此受到了广泛的关注和应用。
一、超声波检测的原理超声波是一种机械波，它是通过压电材料在交变电场的作用下产生的。
超声波通过发射器产生，并通过介质传播，然后通过接收器接收和转换成电信号。
超声波的传播速度与介质的密度和弹性有关，在不同介质中传播的速度不同。
超声波检测的原理可以通过声速和声阻抗来解释。
声速是指声波在介质中传播的速度，而声阻抗是指声波在两种介质之间传播时界面上的阻碍程度。
当声波从一个介质进入另一个介质时，如果两个介质的声阻抗不一致，就会发生声反射和折射现象。
通过测量声波的反射和折射情况，可以获取物体内部的结构和性质信息。
二、超声波检测的应用1. 工业领域：超声波检测在工业领域中被广泛应用于材料缺陷检测、焊接质量检测、液体流速测量、液位检测等方面。
例如，超声波可以用来检测金属材料中的裂纹、气孔等缺陷，从而保证产品的质量。
2. 医疗领域：超声波检测在医疗领域中被广泛应用于器官检测、血流测量、眼科检查等方面。
例如，超声波可以用来检测人体内部的器官异常，如心脏病变、肿瘤等。
3. 科学研究：超声波检测在科学研究领域中也有重要的应用。
例如，超声波可以用来研究材料的物理性质，如弹性模量、介质中传播的声波模式等。
三、超声波检测方案针对不同的应用场景，可以采用不同的超声波检测方案。
以下是两个常见的超声波检测方案：1. 脉冲回波法脉冲回波法是一种基于声波在被检测物体内部的传播和反射来获取信息的方法。
该方案通过发出一系列短脉冲的超声波信号，然后接收返回的声波来获取被检测物体的信息。
超声波检测
超声波检测第一部分超声波检测简介超声波检测是利用高频振动的声波导入材料内部，藉以检测材料表面或内部缺陷之非破坏检测方法。
此检测法除用于检测缺陷外，尚可用于量测试件厚度，进一步若利用声波在材料内部的穿透性差异或声速改变情形，可辅助用于分析材料物理性质、晶粒尺寸或显微组织等，对材料学研究贡献甚大。
此外，由于超声波检测系利用声波高频振动的原理，因此只要声波能量能完全穿透检测物厚度，不论是金属或非金属试件皆可检测，此特点使其在非破坏检测方法中应用更为广泛。
第二部分器材及设备工业上用于非破坏检测者多以探伤用之脉波反射式超声波检测仪居多(A扫描讯号显示)。
脉波反射式超声波检测仪是以高频脉冲产生器产生电压脉动，经由同轴电缆线传输至换能器中，换能器将电的脉波震荡变成机械震荡之超声波而传送入检测物内，并接收来自表面、缺陷及底面等机械震荡的回波，再转换成脉动的电压讯号，经放大电路增幅并藉由扫描电路时序控制而将此回波讯号先后显示于示波器屏幕上。
一、校准规块超声波检测为建立缺陷大小评估的比对根据，并了解仪器特性是否达到使用条件标准，必须视检测需要制作各种不同形状、大小及人工缺陷的校准规块。
校准规块依其检测目的区分为仪器校准用之标准规块(StandardTestBlock'及检测材料用之比较规块(ReferenceBlock)两种。
二、探头(Probe)探头亦称换能器(Transducer)，主要由压晶体管(PiezoelectricCrystal)构成，当通以交流电时，压晶体管会发生高频振动而产生超声波，藉以发射进人检测物内，当反射回波撞击探头时，压晶体管会使其转换成交流脉波讯号，因此探头兼备声波发射与接收之双重作用。
超声波探头依其使用场合不同，区分为接触式探头(ContactProbe)及浸液式探头(ImmersionPrObe)两种;若依使用目的不同，则区分为直束探头(Straight Beam Probe)、斜束探头(Angle Beam Probe)、可变角度探头(Changeable Angle Probe)、双晶探头(Twin Probe)、迟延探头(DeIayProbe)、漆刷型探头(Paint Brush Probe)及聚焦探头(Focusing Probe)。
超声波检测注意事项-概述说明以及解释
超声波检测注意事项-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述超声波检测是一种非侵入性的无损检测技术，通过利用超声波在材料中的传播和反射来获取材料内部的信息。
它广泛应用于工业、医学、环境监测等领域，可以用于检测材料的裂纹、缺陷、质量和结构等问题。
超声波检测的原理是利用声波在不同介质之间的反射和传播来获取材料内部的信息。
超声波在材料中的传播速度和反射程度与材料的物理性质有关，从而可以通过测量这些参数来判断材料的质量和结构。
通过超声波检测，不仅可以检测到微小的缺陷和裂纹，还可以评估材料的力学性能和耐久性。
超声波检测具有许多优点，其中最重要的是其非侵入性。
相比其他检测方法，超声波检测不需要对材料进行破坏性测试，大大减少了对材料的危害。
同时，超声波检测速度快，结果准确可靠，可以在实时监测中得到应用。
此外，超声波检测设备的成本相对较低，易于操作和维护，适用于不同的工作环境。
然而，超声波检测也存在一些局限性和注意事项。
首先，超声波检测的有效深度受到材料的吸收、散射和衰减等因素的影响，因此对于较厚或有较高吸收系数的材料，检测效果可能会受到限制。
其次，超声波检测还受到材料表面状况的影响，如粗糙度、涂层等会对超声波的传播和反射产生干扰。
此外，正确的超声波探头的选择和放置位置也是超声波检测中需要注意的因素。
综上所述，超声波检测作为一种有效的无损检测方法，在各个领域都得到了广泛应用。
然而，在进行超声波检测时，需要注意材料的特性、工作环境和操作方法等因素，以保证检测的准确性和可靠性。
在日后的研究中，还需要进一步探索超声波检测的新技术和应用领域，以提升其检测能力和应用范围。
文章结构是指文章的组织框架，它决定了文章内容的展示方式和逻辑顺序，有助于读者理解和把握文章主旨。
本文将按照以下结构组织内容：1. 引言1.1 概述1.2 文章结构1.3 目的2. 正文2.1 超声波检测的原理2.2 超声波检测的应用领域2.3 超声波检测的优缺点3. 结论3.1 总结超声波检测的注意事项3.2 强调超声波检测的重要性3.3 提出进一步研究的方向在正文部分，将详细介绍超声波检测的原理，包括超声波的产生和传播机制，以及如何利用超声波来进行物体检测和测量。
超声波检测的原理
超声波检测的原理超声波检测是一种通过通过在材料中发送和接收超声波来检测和评估材料内部缺陷和结构的无损检测方法。
它在工业领域广泛应用于金属、陶瓷、复合材料等材料的质量控制和缺陷检测。
超声波是一种频率高于人类听力范围的机械波，它的频率通常在1MHz至100MHz之间。
超声波在材料中传播时，会遇到不同类型的界面和缺陷，从而发生反射、折射、散射和干涉等现象。
利用这些现象，我们可以通过观察超声波在材料中的传播和反射来识别和评估材料中的缺陷和结构。
超声波检测主要依赖以下几个原理：1. 声速和声阻抗：不同材料的声速和声阻抗是不同的。
当超声波穿过不同材料的界面时，由于声阻抗不同，超声波会部分反射和折射。
通过测量这些反射和折射的信号，可以获得材料的声速和声阻抗信息。
2. 声波的散射和衍射：当超声波遇到小于其波长的缺陷时，它会发生散射现象。
被缺陷散射的超声波会沿着不同的方向传播，并在检测器上产生多个回波信号。
通过分析这些回波信号的幅值和时间延迟，可以确定缺陷的位置和大小。
3. 声波的干涉：当超声波遇到多个界面时，它们之间会发生干涉现象。
这种干涉现象可以用来评估材料的薄膜厚度、层析结构和界面质量等信息。
4. 脉冲回波法：超声波检测通常使用脉冲回波法。
在此方法中，超声探头产生短脉冲的超声波信号，并通过接收器接收反射回来的信号。
通过测量从发射到接收的时间延迟，可以确定材料中缺陷的深度。
同时，通过测量回波的幅值和形状变化，可以评估缺陷的大小和其他特征。
超声波检测的实施过程通常包括以下步骤：1. 选择适当的超声波探头和耦合介质，根据被检测材料的特性和检测要求。
2. 将超声波探头放置在被测材料的表面，并施加适当的探头压力，以确保接触良好。
3. 通过仪器控制器发送超声波信号，并接收通过材料传播和反射回来的信号。
4. 分析接收到的信号，通过比较其幅值、时间延迟和形状等特征，判断材料中的缺陷和结构。
5. 根据检测结果，对材料进行评估和判断，确定是否合格或需要进一步的处理。
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二、超声波探头
超声波探头的作用。 超声波探头用于实现声 能和电能的互相转换。它是利用压电晶体的正、 逆压电效应进行换能的。探头是组成检测系统 的最重要的组件，其性能的好坏直接影响超声 检测的效果。
直径为5-40mm，大于40mm时，很难获得与之 对应的平整接触面，一般不采用。而直径小于 5mm时，检测灵敏度显著下降，不宜采用。
缺陷的当量法：由于实际缺陷形状是各种各样的， 甚至可能是不规则的， 在进行理论分析时，采用 几种简化的规则形状模型来进行计算。
标准试块与对比试块的定义
试块
标准试块
指材质、形状和尺寸均经主管机关或权威机构 鉴定的试块。也叫校准试块。 用于对超声检测装置或系统的性能测试及灵敏 度调整。
对比试块 用于调整超声检测系统灵敏度或比较缺陷 大小的试块。也叫参考试块。一般采用与被 检材料特性相似的材料制成。
1
2
斜探头K值 依据：工件厚度、检测对象、缺陷类型 厚工件—大K值 薄工件—小K值 缺陷方向—主声束垂直于缺陷主平面
四、 试块
与一般的测量过程一样，为了保证检测结果的准 确性与重复性、可比性，必须用一个具有已知固 定特性的试样 ( 试块 ) 对检测系统进行校准。这种 按一定的用途设计制作的具有简单形状人工反射
五、 声波的耦合
当探头和试件之间有一层空气时，超声波的反射率几乎 为 100 ％，即使很薄的一层空气也可以阻止超声波传入
试件。因此，排除探头和试件之间的空气非常重要。
耦合剂就是为了改善探头和试件间声能的传递而加在探 头和检测面之间的液体薄层。 耦合剂可以填充探头与试件间的空气间隙，使超声波能 够传入试件，这是使用耦合剂的主要目的。除此之外，
剂和机械扫查装置等。超声检测仪和探头对超声检测系统的性能起 着关键性的作用，是产生超声波并对经材料中传播后的超声波信号 进行接收、处理、显示的部分。
超声检测仪
超声波检测仪是超声检测的主体设备， 脉冲式超声波检
测仪应用最广泛。 (1) 超声波检测仪的作用。它的作用是产生电振荡并加 于换能器 ——探头，激励探头发射超声波，同时将探头送回的 电信号进行放大处理后以一定方式显示出来，从而得到被探
一般横波斜探头的晶片为方形，纵波直探头的晶片为圆形，
而聚焦声源的圆形晶片为声透镜。 所以声场就有圆盘源声
场、聚焦声源声场和斜探头发射的横波声场。
超声探头
选择探头时，应综合考虑性能稳定、结构可靠、 使用方便，并能满足静压力、温度等条件的要求。
各种探头
(a) 纵波直探头； (b) 横波斜探头； (c) 双晶探头
圆盘声源轴线上的声压分布
在声场中，称x<N的区域为声源的近场区，最后一个声压最大值至声源 的距离N称为近场长度。 在近场区内，由于声源表面上各点辐射至被考察点的波程差大，所引起 的声源振幅差和相位差也大，且它们彼此相互干涉，结果是近场区的声 源分布十分复杂，出现很多极大值与极小值。因此在近场区内如果有缺 陷存在，其反射波极不规则，对缺陷的判断十分困难。 在声场中，x>N的区域为声源的远场区。在远场区，声压随距离增加而 减小，声源轴线上距离为x处声压p的最大值为
圆盘声源 声场指向 性示意图
超声场中超声波的能量主要集中于以声轴为中心的某一角
度范围内，这一范围称为主声束。这种声束集中向一个方向辐
射的性质叫做声场的指向性。在主声束角度范围以外还存在一 些能量很低的、只分布于声源附近的副瓣声束。
圆盘声源声场指向性示意图
设a为圆形声源的半径，x为空间任一点M到声源中心的距
3.超声检测 第三章 超声波检测
3.4 由圆形压电晶片产生的声场简介
3.5 超声波检测方法
3.4 由圆形压电晶片产生的声场
3.4.3
一、 用压电材料做的压电晶片，压电晶片的两表面涂有导电银层 作为电极，使晶片表面上各点都具有相同的电位。 将晶片接于高频电源时，晶片两面便以相同的相位产生拉 伸或压缩效应，发射超声波的晶片恰如活塞做往复运动一样 辐射出声能。因此它相当于一个活塞声源，发射的波称为活 塞波。
球面波声压公示
近场区 远场区
指向性与扩散角
声场中的指向性是指声场中θ 方向的声压振幅pmax(θ )与θ =0° 时的声压振幅pmax(0)之比，它表达了声场中声压p的振幅与方向角θ 之间的变化关系，以Dc表示：
J1— 第一类一阶贝塞尔函数：第类贝塞尔函数，记作Jn（x），用x的偶次幂的 无穷和来定义，数 n称为贝塞尔函数的阶，它依赖于函数所要解决的问题。
特征
直探头 园晶片直径10ｍｍ 锆钛酸铅陶瓷 频率5 MHz
斜探头
直探头 吸声材料
压电晶体形状：矩形
有机玻 璃楔块
有机玻 璃楔块 钢
入射点
波形转换
与直探头不同之处是： 斜楔：用有机玻璃制成，使声束倾斜发射以在工件中产生波型 转换。其上开有吸声槽，周围填充吸声材料，以减少杂波。 我国斜探头用K值标示，以钢中横波折射角的正切值 (K值)标称， 常用斜探头K值与折射角和入射角的关系如下表。
根据叠加原理，圆盘声源轴线上任何一点处的声压等于声源
上各点辐射的声压在该点的叠加。假定：连续简谐波，为无衰减 的液体介质，则可推出声源轴上声压幅值P的分布符合下式：
圆盘声源远场中任一点的声压推导
式中： P0为声源的起始声压； D为圆盘声源的直径； λ为传声介质中声波的 波长；x为圆盘声源轴线上某一点距声源的距离。
超声检测仪
(2)实现方法： 该法采用单一探头——既作发射器件， 又作接收元件，以脉冲方式间歇地向工件 发射超声波；接受到的回波信号经功能电 路放大、检波后，在探伤仪的示波屏上， 以脉冲信号显示出来。 (3)信号的解读： 根据探伤仪示波屏上始波T、缺陷波F、 底波B的有无、大小及其在时基轴上的位 置可判断工件内部缺陷的有无、大小和位 置。见下图：
离，θ为M点与声源中心的连线与声源轴线的夹角。声压p最大 值的表达式为
圆盘声源声场指向性示意图
主声束所包含的角度范围可由距声源充分远处的声压分 布得到。当声源为圆形活塞声源且直径为 D、 半径为 a时，用 指向角θ来描述主声束宽度（又称半扩散角）
指向角是代表主声束范围的角度，反映了声束的定向集中程 度，也反映了声束随距离扩散的快慢。指向角越大，则声束
探头选择
探头频率（0.5-10MHz) 依据：工件材质、厚度、检测要求 1. 频率影响： （1）频率高，可发现缺陷小（波的绕射） （2）频率高，脉冲宽度小，分辨力好 （3）频率高，指向性好 （4）频率高，近场区长 （5）频率高，衰减大 2. （1）晶粒较细（锻件、轧制件、焊缝） 2.5～5MHz （2）晶粒较粗（铸件、奥氏体钢） 0.5～ 2.5MHz
超声探头
探头选择
超声探头
探头晶片尺寸（φ10～ φ30） sin 1 . 22 依据：工件厚度、形状、晶片尺寸影响： D （1）尺寸大，指向性好（ ） D N 4 （2）尺寸大，近场长（ ） （3）尺寸大，能量大，发现远距离缺陷能力强。 大尺寸探头—厚大工件 小尺探头—薄工件、表面不平整、曲率大的工件。
常用频率范围：0.5~10MHz， 常见晶片直径：5~30mm
圆盘声源发出的声场，由于声源尺寸有限，必然在其边缘发 生衍射效应使声束向周围空间扩散，形成扩散声束。 另一方面，声源上各点发出的声波相互干涉又使得声压的 空间分布不是随距离单调变化的。
通过圆盘中心且垂直于盘面的直线应是声场的对称轴，称 为圆盘声源轴线。讨论圆盘声源的声场将从声压沿轴线的分布 以及声束扩散的特性着手。
二、近场区、远场区和超声波的指向性
由轴线上声压公式，经数学推导，可以得到最后一个声压极大值点距 声源距离的表达式：
当D>>λ时，λ/4可以忽略，从而得到近场长度的简化计算公式如下， 可用于实际工作中近场长度的估算：
距离大于 3N 以后，圆盘声源 声轴上的声压幅值变化与球面 波的曲线非常接近。
近场区 远场区
测工件内部有无缺陷及缺陷的位置和大小等信息。
（2）按缺陷显示方式分类：脉冲式检测仪按回波信号的显 示方式又可分为A型显示、B型显示和C型显示三种类型。
A型显示是一种波形显示：
屏幕的横坐标代表声波的传
播时间（或距离） 纵坐标代表反射波的声压幅 度。 图为 A 型显示原理图， T 表示
发射脉冲， F 表示来自缺陷的
回波，B表示底面回波。 A型显示的缺点：难以判断缺 陷的几何形状，缺乏直观性。
A型显示原理图
超声检测仪
A型显示
在实际应用中以该法为主。 A型脉冲反射法超声波检测原理 (1)原理： A型脉冲反射法超声波检测就是利用超声波在 传播过程中，遇到声阻抗差较大的异质界面时， 将产生反射的原理来实现对内部缺陷检测的。
体的试件即称为试块。
超声检测用试块通常分为两种类型，即标准试块
(校准试块)和对比试块(参考试块)。
试块
试块的意义 超声波检测，离不开试块。它们都是超声波检测 的辅助工具。 标准试块用于测试探伤仪的性能、模拟各种工艺 缺陷调整检测灵敏度和声时的测定范围。 试块中精心设计了各种人工反射体，并进行了科 学布置。
耦合剂有润滑作用，可以减少探头和试件之间的摩擦，
防止试件表面磨损探头，并使探头便于移动。
耦合剂的选择
探头与试块之间的耦合方式有直接接触法和液浸法。在液 浸法检测中， 通过液体实现耦合，此时液体也是耦合剂。 常用的耦合剂有水、甘油、 变压器油、化学浆糊等。 （1） 透声性能好。声阻抗尽量和被探测材料的声阻抗相近。 （2） 有足够的润湿性、 适当的附着力和粘度。
5
P 6×6 Ｋ 3
Ｋ值为3
Ｋ表示折射角 矩形晶片6×6ｍｍ 钛酸铅陶瓷 频率5MHz
聚焦探头
聚焦探头特点: 具有良好的方向性
适用于探测曲面零 件与晶片垂直方向 上一定深度的缺陷。