超声波的反射和折射.
超声波探伤仪原理
超声波探伤仪原理一、前言超声波探伤仪是一种常见的无损检测设备，广泛应用于各种材料的质量检测和缺陷检测。
本文将从超声波探伤仪的原理入手，对其工作原理进行详细解析。
二、超声波的特性超声波是指频率高于20kHz的机械振动波，其具有以下特性：1. 能够穿透物体：超声波在介质中传播时会发生折射和反射，但同时也能够穿透物体并到达另一侧。
2. 反射和散射：当超声波遇到不同密度或不同介电常数的物质时，会发生反射和散射现象。
3. 吸收：超声波在介质中传播时会发生能量损失，被介质吸收。
4. 速度与密度有关：在同一介质中，超声波传播速度与介质密度成正比例关系。
三、探伤仪的组成一个典型的超声波探伤仪主要由以下几个部分组成：1. 发射器：产生高频脉冲信号并将其转换为机械振动，从而产生超声波。
2. 接收器：将接收到的超声波信号转换为电信号并放大。
3. 显示器：将接收到的电信号转换为图像并显示出来。
4. 控制器：控制发射和接收过程，以及对数据进行处理和分析。
四、超声波探伤原理超声波探伤是利用超声波在材料中传播的特性来检测材料中的缺陷。
其基本原理如下：1. 发射超声波：探伤仪通过发射器产生高频脉冲信号，并将其转换为机械振动，从而产生超声波。
这些超声波穿过被检测物体并被反射或散射回来。
2. 接收反射信号：接收器将反射或散射回来的超声波信号转换为电信号，并放大到适当的水平，以便进一步处理和分析。
3. 分析反射信号：控制器对接收到的反射信号进行处理和分析，以确定是否存在缺陷。
如果存在缺陷，则可以确定其位置、形状、大小等信息。
4. 显示结果：最后，控制器将分析结果转换为图像并显示出来，供操作人员进行进一步分析和评估。
五、超声波探伤的应用超声波探伤广泛应用于各种材料的质量检测和缺陷检测，包括：1. 金属材料：超声波探伤可以检测金属材料中的裂纹、夹杂、气孔等缺陷。
2. 塑料材料：超声波探伤可以检测塑料材料中的气孔、裂纹、夹层等缺陷。
3. 混凝土结构：超声波探伤可以检测混凝土结构中的裂缝、空洞、蜂窝等缺陷。
《超声波》PPT课件
谐振方程
• y=Acon(ωt+φ)
y—质点的位移 A—振幅 ω—角频率 φ—初相位
阻尼振动： 在阻力作用下的简谐运动。
振动过程中受到阻力的振动，振幅逐渐减小，直至振动停止。
机械波：
机械振动在弹性介质中的传播过程 • 产生机械波必须具备的两个条件： • （1）作机械振动的波源 • （2）能传播机械振动的弹性介质
超声波的衰减
• 扩散衰减 超声波的扩散衰减仅取决于波阵面的形状，与介质的
性质无关。 • 散射衰减
散射衰减与材质的晶粒密切相关，当材质晶粒粗大时， 散射衰减严重，被散射的超声波沿着复杂的路径传播到 探头，在屏上引起林状回波（又叫草波），使信噪比下 降，严重时噪声会湮没缺陷波。 • 吸收衰减
由于介质中质点间内磨擦（即粘滞性）和热传导引起 超声波的衰减 • 通常所说的介质衰减是指吸收衰减与散射衰减，不包括 扩散衰减。以线衰减系数μ表示。
体中传播)
•
(三)表面波R：沿介质表面传播，质点作椭圆运动，椭圆长轴垂直于波的传播方向，
椭圆短轴平行于波的传播方向，可视为纵波和横波的合成。(又称瑞利波)
•
(四)板波： 在板厚与波长相当的薄板中传播的波。可分为SH波和兰姆波。
波的类型
超声波的传播特性
• 波长与声速
C= λ f
CL > Ct >CR
y= A cosω(t-x/c) X
y=
A X
cosω(t-x/c)
超声波的波动特性
• 波的叠加 • 波的干涉 • 驻波
.振动频率、振幅和传播速度相同而传播方向相反的两列波叠加时，就产生驻
波。比如水波碰到岸边反射回来时，前进和反射波的叠合就产生驻波。
超声反射、折射、衍射、散射与超声场的影像学意义
超声反射、折射、衍射、散射与超声场的影像学意义摘要：本文主要讲述了超声的反射、折射、衍射、散射以及超声场在超声的医学诊断中的重要意义。
关键字：超声医学，反射，折射，衍射，散射，超声场Abstract:This paper describes ultrasonic reflection, refraction, diffraction, scattering, and ultrasonic field of medical ultrasonic diagnosis significance. Keyword:UltrasoundMedicine,reflection,refraction,diffraction,scattering,ultrasonic field正文：一、反射与折射发生的先决条件:①介质的声阻抗在界面处发生突变②界面的线度远大于声波波长及声束的直径原理：当声波从一种介质向另一种传播时，如果两者的声阻抗不同，就会在其分界面上产生反射和透射现象，使一部分能量返回第一种介质。
另一部分能量，穿过界面进入第二种介质，继续向前传播。
如遇两声速不同的介质时可引起传播方向的改变，即为折射。
超声波的折射与反射示意图△Z＞0.1%即可产生反射。
声阻抗差越大，反射越强。
如果界面的尽寸大于声束的直径为大界面，这时其反射规律遵循几何学的反射定律，即；反射角（β）等于入射角（α）。
显然，当超声的入射角大于0°时，由于反射角等于入射角，反射的声束就不能被一探头全部接收。
当入射角接近0°时，反射的声束就可全部为同一探头所接收，所以，在超声诊断中，应注意手法，不断地转动或侧动探头，使入射声束方向与被探测脏器的表面垂直，以期得到尽可能多的回声。
二、衍射与散射原理：超声波在介质内传播过程中，如果所遇到的物体界面或障碍物的线度与超声波长相近时，超声可以绕过障碍物的边缘，此时反射回波很少，这种现象叫衍射。
第3节 超声波在介质中的传播特性
气泡的振动也会产生相应的谐波，且这种谐波比组 织谐波强的多。
32
3. 反射增强 声波在传播过程中会出现反射增强现象。由
于衰减，要对不同深度的回波信号进行不同的放 大，目的是使同种均匀介质在不同深度回波信号 的强度基本相同。图7-11。
状态。
rp
Z2 Z2
Z1 Z1
8
2.
声强反射系数rI
定义：反射声强与入射声强之比：rI
因为
p2 I
Z c
Ir Ii
Z
所以
I
pr2 Z1
pi2
pr pi
2
2 p
Z1
9
3. 全反射 超声波的折射定律与光波的折射定律相同：
sini c1 sint c2
体软组织中，蛋白质成分的张驰过程是造成驰豫吸收的主要 因素。
吸收与声波的频率关系甚大，介质对声波的吸收有 影响。
24
2. 介质吸收衰减规律
强度的减少量-dI，根据实验： I0
dI
I
dI Idx
x0
x
dI Idx
dI I
dx
ln I x
I0 I ex I0
但在不同介质传播时，声波在液体介质中衰减 较小，而在软组织中衰减较大，而每一束声波放 大处理相同。当使软组织反射信号均匀一致，则 液体介质中传播的声波回波信号强度比入射波信 号强度还大，从而形成反射增强。
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五、声束通过介质薄层的特征
初三物理超声波知识点总结
初三物理超声波知识点总结超声波的产生超声波是指频率高于人类听觉范围（20Hz~20000Hz）的机械波。
在实际生活中，我们可以通过一些物理现象来产生超声波，比如压电效应、热效应和电磁效应。
1. 压电效应压电效应是指某些晶体或陶瓷材料在受到外力作用时会产生电荷分布不均，从而产生电压差。
当外力消失时，电荷分布又恢复均匀。
利用压电效应，可以使晶体或陶瓷材料发生振动，产生超声波。
2. 热效应热效应是指当物体受到热作用时，分子或原子会产生振动，进而产生声波。
通过热效应，可以利用特定材料的特性产生超声波。
3. 电磁效应电磁效应是指电磁场对物质产生的作用，可以通过电磁场产生机械振动，从而产生超声波。
常见的超声波发生器就是利用电磁效应产生超声波的。
超声波的传播在空气、液体、固体中，超声波的传播速度不同。
在空气中，超声波速度大约为343米/秒；在水中，超声波速度约为1500米/秒；在钢铁中，超声波速度可达5000米/秒以上。
此外，超声波在传播时会发生折射、反射和衍射等现象。
1. 折射当超声波从一种介质传播到另一种介质时，由于介质密度和声速的不同，超声波会发生折射现象。
根据折射定律，超声波入射角和折射角之间的关系可以用Snell定律表示。
2. 反射当超声波遇到障碍物时，会发生反射现象。
反射波产生后，可以用超声探测仪来探测反射波，从而得到目标物体的位置和形状信息。
3. 衍射如果障碍物的尺寸与超声波波长相当，就会出现衍射现象。
衍射是指波在穿过障碍物后，扩散到未经过的区域。
通过衍射现象，可以利用超声波来探测目标物体的轮廓和结构。
超声波的应用超声波具有穿透力强、无辐射、非侵入性等优点，因此在医学、工业、地质、海洋等领域有着广泛的应用。
1. 医学领域超声波在医学领域有着广泛的应用，比如超声波影像技术、超声波治疗技术和超声波麻醉技术等。
超声波影像技术可以用来检测人体内部器官的结构和功能，如超声心动图、超声肝胆胰等；超声波治疗技术可以用来治疗一些疾病，如肌肉损伤、骨折等；超声波麻醉技术可以用来麻醉手术患者，减轻术中疼痛。
2.6 超声波垂直入射到界面的反射和折射
r Z2 Z1 0.15 4.5 0.935 Z2 Z1 0.15 4.5
t 2Z2 2 0.15 0.065 Z2 Z1 0.15 4.5
R r2 0.9352 0.875
当Z1>Z2时，如钢/水
直探头保护膜的设计
2.6.3 声压往复透射率
在超声波单探头检测中，探头兼作发射和接收超声波。探头发出的超声波透过 界面进入工件，在固/气底面产生全反射后再次通过同一界面被探头接收
这时探头接收到的回波声压与入射波声压之比，称为声压往复透射率T往
T往
Pa P0
Pt P0
Pa 4Z1Z2 Pt (Z2 Z1)2
超声波通过异质薄层时的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d2/λ2有关
2.6.2薄层界面的反射率与透射率
1.均匀介质中的异质薄层（Z1=Z3≠Z2）
（1）当
d2
n
2 2
（n为整数）时，r
0,t
1。这说明当薄层两侧介质声阻抗相等，
薄层厚度为其半波长的整数倍时，超声波全透射，几乎无反射，好象不存在异
4Z1Z3
(Z1 Z3)2。这说明超声波垂直入射到两侧介质声
阻抗不同的薄层时，若薄层厚度等于半波长的整数倍，则通过薄层的声强透射
率与薄层的性质无关，好象不存在薄层一样
（2）d2 (2n 1) 4（2 n为整数）时，且 Z2 Z1 Z3 时，此时T＝1，即声强透射率等于
1，超声波全透射。
T
4Z1Z2 (Z2 Z1)2
说明超声波反射,折射定律和和式中各参数的物理意义
说明超声波反射,折射定律和和式中各参数的物理意义超声波在工业、医疗、科研等多个领域具有广泛的应用。
了解超声波的反射、折射定律及其相关参数的物理意义，有助于我们更好地应用这一技术。
本文将详细解释超声波反射、折射定律以及和式中各参数的物理意义。
一、超声波反射定律超声波在遇到界面时，会发生反射现象。
超声波反射遵循以下定律：1.入射角等于反射角：当超声波从一个介质入射到另一个介质时，入射角（入射波与法线的夹角）等于反射角（反射波与法线的夹角）。
2.反射波与入射波在同一平面内：反射波、入射波和法线三者共面。
3.反射系数：反射系数是描述反射波与入射波幅度比的一个参数，用R表示。
其计算公式为：R = (反射波幅度) / (入射波幅度)反射系数的取值范围在-1到1之间，正值表示同相位反射，负值表示反相位反射。
二、超声波折射定律当超声波从一个介质进入另一个介质时，会发生折射现象。
超声波折射遵循以下定律：1.斯涅尔定律：入射角（θ1）和折射角（θ2）的正弦值之比等于两个介质的波速之比，即：sin(θ1) / sin(θ2) = v1 / v2其中，v1和v2分别为两个介质的波速。
2.折射波与入射波在同一平面内：折射波、入射波和法线三者共面。
3.折射系数：折射系数是描述折射波与入射波幅度比的一个参数，用n表示。
其计算公式为：n = (折射波幅度) / (入射波幅度)折射系数的取值范围在0到1之间。
三、和式中各参数的物理意义在超声波反射、折射定律中，和式通常表示为：E = E0 * (R * cos(θ1) + n * cos(θ2))其中，E表示接收到的超声波总能量，E0表示入射的超声波能量，R表示反射系数，n表示折射系数，θ1表示入射角，θ2表示折射角。
各参数的物理意义如下：1.E0：入射的超声波能量，反映超声波在传播过程中的强度。
2.R：反射系数，描述反射波与入射波的关系，用于分析反射波的强度和相位。
3.n：折射系数，描述折射波与入射波的关系，用于分析折射波的强度。
超声波垂直入射到界面的反射和折射
第5页
2.6.1 单一平界面反射率与透射率
以上讨论为超声波纵波垂直到单一平界面上声压、声 强反射率和透射率
一样适合用于横波入射情况, 但必须注意是在固体/液 体或固体/气体界面上, 横波全反射。因为横波不能在 液体和气体中传输。
超声波垂直入射到界面的反射和折射
第6页
2.6.2薄层界面反射率与透射率
薄层界面反射透射示意图
超声波经过异质薄层时声压反射率和透射率不但与介质声阻抗和薄层声阻抗相 关, 而且与薄层厚度同其波长之比d2/λ2相关
超声波垂直入射到界面的反射和折射
第7页
2.6.2薄层界面反射率与透射率
1.均匀介质中异质薄层（Z1=Z3≠Z2）
（1）等当，薄层d2厚 n度（22 为n为其整半数波）长时整，数r 倍0,时t ，1。超这声说波明全当透薄射层，两几侧乎介无质反声射阻，抗好相象 不存在异质薄层一样。这种透声层常称为半波透声层。
强透射率与薄层性质无关，好象不存在薄层一样
（2）
d2 (2n 1（) 42n为整数）时，且 Z2 Z1 Z3
时，此时T＝1，即声强透射
率等于1，超声波全透射。
直探头保护膜设计
超声波垂直入射到界面的反射和折射
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2.6.3 声压往复透射率
在超声波单探头检测中, 探头兼作发射和接收超声波。探头发出超声波透过界面 进入工件, 在固/气底面产生全反射后再次经过同一界面被探头接收
这时探头接收到回波声压与入射波声压之比, 称为声压往复透射率T往
T往
Pa P0
Pt P0
Pa Pt
4Z1Z2 (Z2 Z1)2
声压往复透射率与界面两侧介质声阻抗相关, 与从何种介质入射到界面无关。界
超声波检测技术原理
超声波检测技术原理
超声波检测技术原理：
超声波检测技术是一种利用超声波在材料中传播的特性来检测材料内部缺陷、
结构和性能的一种无损检测方法。
超声波是指频率高于人类能听到的范围（20Hz-
20kHz）的声波，其频率一般在1MHz到100MHz之间。
超声波在固体材料中传播时，会发生多种声学现象，其中包括超声波的反射、折射、散射和吸收等现象，这些声学现象为超声波检测技术提供了基础。
超声波检测技术的原理主要包括超声波的产生、传播和接收三个部分。
首先，
超声波是通过超声波发射器产生的，超声波发射器一般采用压电晶体或磁致伸缩材料。
当超声波传播到被检测材料中时，会发生反射和折射现象，其中反射波会被接收器接收并转换成电信号。
接收到的信号经过放大、滤波等处理后，可以通过显示器或计算机进行分析和处理，从而得到被检测材料的内部结构和缺陷信息。
超声波检测技术的原理基于声波在材料中传播的速度、反射和吸收特性，根据
声波的传播时间和幅度变化来判断被检测材料的内部情况。
超声波在材料中的传播速度与材料的密度和弹性模量等物理性质有关，不同的材料会有不同的声波传播速度。
而当声波遇到材料的缺陷时，会产生声波的反射或散射，从而形成声波的回波。
通过测量声波的传播时间和回波的幅度，可以判断材料内部的缺陷类型、位置和尺寸。
超声波检测技术的原理具有高灵敏度、高分辨率、无损伤和实时性等优点，广
泛应用于金属材料、陶瓷材料、复合材料等材料的质量检测和结构监测领域。
超声波检测技术的发展和应用，不仅提高了材料的质量和性能，也为工业生产和科学研究提供了重要的技术支持。
超声波的基本原理
超声波的基本原理超声波是由于物质介质中的压力变化所引起的机械波。
超声波在医疗、工业、测量等各个领域中有广泛的应用，其中最为常见的就是医学领域中的超声诊断技术。
超声波的基本原理是利用固体、液体、气体等介质中的分子振动来传播。
当介质中的分子受到外界力的作用时，会引起分子的振动，这种振动会沿着介质中的分子传递，并形成波动。
当外界力作用的频率在人耳可听范围内（20Hz - 20kHz）时，我们可以感受到声波；而当频率高于20kHz时，我们称之为超声波。
超声波的产生可以通过压电效应来实现，即将压电晶体施加电场，使其发生机械应变，从而产生超声波。
压电晶体通常采用石英、铅酸锂等材料，这些材料在外界电场的作用下可以发生形变，并对形变进行反应性的振动。
振动引起的压缩性变化会产生波动，从而在介质中传播。
超声波在传播中会发生折射和反射等现象。
当超声波遇到不同密度的介质时，会发生折射现象，其原理与光的折射类似。
而当超声波遇到边界表面时，会发生反射现象，部分声波会被反射回来，而部分声波会穿透到下一个介质中。
根据反射和穿透的声波，可以获取到不同介质的信息。
超声波在医疗领域中的应用是医学超声诊断技术，其原理是根据不同组织对超声波的反射和传播的特性来获取人体内部的结构和病变信息。
医学超声设备中通常包含一个超声发射器和一个接收器，超声发射器会发射超声波，而接收器会接收和记录反射回来的超声波信号。
通过测量超声波的传播时间、强度和频率等参数，可以计算出反射点与发射点之间的距离以及物体的密度等信息。
通过在人体不同部位进行超声波扫描，医生可以通过成像设备观察到人体内部的器官、血管、肿瘤等结构，并对疾病进行诊断和治疗。
总之，超声波是利用介质中的分子振动所产生的机械波。
通过测量超声波的反射和传播特性，可以获取到物体的结构和特征信息。
超声波在医学、工业、测量等领域中有广泛应用，特别在医学超声诊断中起到了重要的作用。
超声波探伤的物理基础——（第四节超声平面在平界面上斜入射的行为）
第一章 超声波探伤的物理基础第四节 超声平面在平界面上斜入射的行为超声平面波以一定的倾斜角入射到异质界面上时，就会产生声波的反射和折射、并且遵循反射和折射定律。
在一定条件下，界面上还会产生波型转换现象。
一、斜入射时界面上的反射、折射和波型转换(1) 超声波在固体界面上的反射1. 固体中纵波斜入射于固体——气体界面图1–25中，L α为纵波入射角，1L α为纵波反射角，1S α为横波反射角，其反射定律可用下列数学式表示：1S 1S 1L 1L L L sin C sin C sin C α=α=α (1–34) 因入射纵波L 与反射纵波L 1在同一介质内传播，故它们的声速相同，即1L L C C =，所以1L L α=α。
又因同一介质中纵波声速大于横波声速，即1S 1L C C ＞，所以1S 1L αα＞。
2. 横波斜入射于固体——气体界面图1–26中，S α为横波入射角，1S α为横波反射角，1L α为纵波反射角。
由反射定律可知：1L 1L 1S 1S S S sin C sin C sin C α=α=α (1–35)图1–25 纵波斜入射 图1–26 横波斜入射因入射横波S 与反射横波S 1在同一介质内传播，故它们的声速相同，即1S S C C =，所以1S S α=α。
又因同一介质中1S 1L C C ＞，所以，1S 1L αα＞。
结论：当超声波在固体中以某角度斜入射于异质面上，其入射角等于反射角，纵波反射角大于横波反射角，或者说横波反射声束总是位于纵波反射声束与法线之间。
图(1–27)表示钢及铝材中纵波入射时的横波反射角，也可以看成横波入射时的纵波反射角。
(2) 超声波的折射1. 纵波斜入射的折射图1–28中L α为第一介质的纵波入射角，L β为第二介质的纵波折射角，S β为第二介质的横波折射角，其折射定律可用下列数学式表示：S2S L 2L L L sin C sin Csin C β=β=α (1–36)图1–27 钢及铝村中纵波入射时的横波反射角(或横波入射时的纵波反射角) 图1–28 纵波斜入射在第二介质中，因2S 2L C C ＞，所以S L sin sin ββ＞，S L ββ＞，横波折射声束总是位于纵波折射声束与法线之间。
超声波的检测原理反射折射
超声波的检测原理反射折射2超声波及超声检测原理2. 1超声波的基本性质通常人耳能听到声音的频率范围在20}20KHz之间，把超过20KHz的声波称为超声波。
超声波在本质上是一种机械波，所以它的产生必须依赖两个条件，一是有机械振动的声源，二是有能够传播振动的弹性介质。
波的种类是根据介质质点的震动方向和波动传播方向的关系来区分的。
超声波在介质中传播的波形有许多种，有纵波、横波、表面波等。
充满超声波的空间叫做超声场。
声压、声强度、声阻抗是描述超声场特征的几个重要物理量。
a.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的静态压强之差被称为声压，常用P表示，单位为帕。
超声波在介质中传播时，介质中每一点的声压随着时间t、距离x而变化，其公式为:pcvcxtwAwpp=--=)(sin式中P为介质的密度、必为介质的角频率C为超声波在介质中的波速，v为介质质点的振动速度。
可见声压的绝对值与波速以及角频率成正比。
b.声强度在垂直于超声波方向上的单位面积内通过的声能量被称为声强度，也称声强。
式中A为超声波的振幅。
从公式可见声强与质点振动的位移振幅的平方成正比，与质点振动的角频率的平方成正比。
C.声阻抗从声压的公式可见，在同一声压下辉越大，质点振动速度就越小，反之亦然，它反映了声学特性，故将声的乘积作为介质的声阻抗，以符号Z表示。
2. 1. 2超声波的速度及波长超声波在介质中的传播速度与介质的弹性模量及介质的密度有关，对一定的介质其弹性模量和密度为常数，故声速也是常数。
不同的介质有不同的声速。
超声波的频率、波长和声谏之间的关系如下:其中入超声波的波长、c为超声波的速度、f为超声波的频率。
2. 1. 3超声波的衰减超声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，其能量会逐渐减弱，这种现象叫超声的衰减。
从理论上讲，超声波能量衰减的起因有以下几个方面:a.由声束扩展引起的衰减在声波的传播过程中，随着传播距离的增大，非平面波的声束在不断扩展增大，因此单位面积上的声能(或声压)随距离的增大而减弱，这种衰减称为扩散衰减，扩散衰减仅取决与波的几何形状而与传播介质的性质无关。
超声波特性
超声波的四个特性及应用特性超声波顾名思义，超过常规声波的声波。
声波是指人耳能感受到的一种纵波，其频率范围为16Hz-20KHz。
当声波的频率低于16Hz时就叫做次声波，高于20KHz则称为超声波声波。
超声波特性有四个方面：1）超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播。
2）超声波可传递很强的能量。
3）超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。
4）超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的冲击和空化现象。
1.束射特性由于超声波的波长短，超声波射线能够和光线一样，可以反射、折射，也能聚焦，而且．恪守几何光学上的定律。
即超声波射线从一种物质外表反射时，入射角等于反射角，当射线透过一种物质进入另一种密度不同的物质时就会产生折射，也就是要改动它的传插方向，两种物质的密度差异愈大，则折射也愈大。
2.吸收特性声波在各种物质中传播时，随着传播间隔的增加，强度会渐进削弱，这是由于物质要吸收掉它的能量。
关于同一物质，声波的频率越高，吸收越强。
关于一个频率一定的声波，在气体中传播时吸收最历害，在液体中传播时吸收比拟弱，在固体中传播时吸收最小。
3.超声波的能量传送特性超声波所以往各个工业部门中有普遍的应用，主要之点还在于比声波具有强大得多的功率。
为什么有强大的功率呢?由于当声波抵达某一物资中时，由于声波的作用使物质中的分子也跟着振动，振动的频率和声波频率―样，分子振动的频率决议了分子振动的速度。
频率愈高速度愈大。
物资分子由于振动所取得的能量除了与分子的质量有关外，是由分子的振动速度的平方决议的,所以假如声波的频率愈高，也就是物质分子愈能得到更高的能量、超声波的频率比声波能够高很多，所以它能够使物资分子取得很大的能量；换句话说，超声波自身能够供应物质足够大的功率。
4.超声波的声压特性当声波通入某物体时,由于声波振动使物质分子产生紧缩和稠密的作用，将使物质所受的压力产生变化。
由于声波振动惹起附加压力现象叫声压作用。
26 超声波垂直入射到界面的反射和折射
当超声波垂直入射到光滑平界面时，将在第一介质中产生一个与入射波方向相反的反射波， 在第二介质中产生一个与入射波方向相同的透射波。
设入射波的声压为P0（声强为I0）、反射波的电压为Pr（声强为Ir）、透射波的声压为Pt （声强为It）。 界面上反射波声压P与入射波声压P0之比称为界面的声压反射率，用r表示，即r=Pr/P0。 界面上透射波声压Pt与入射波声压P0之比称为界面的声压透射率，用t表示，即t=Pt/P0。
R r 2 (1)2 1
T 1 R 11 0
当Z1≈Z2时，如普通碳钢焊缝的母材与填充金属之间
r Pr Z2 Z1 0.99 1.00 0.005 P0 Z2 Z1 0.99 1.00
t Pt 2Z2 2 0.99 0.995 P0 Z2 Z1 0.99 1.00
在界面两侧的声波，必须符合下列两个条件： （1）界面两侧的总声压相等，即p0+pr=pt。（相位关系，力平衡） （2）界面两侧质点振动速度幅值相等，即（p0-pr）/Z1=pt/Z2（能量平衡） 由上述两边界条件和声压反射率、透射率定义得：
1r t (1r)/ Z1 t / Z2
解上述联立方程得声压反射率r和透射率t分别为：
r
pr p0
Z2 Z1 Z 2 Z1
t
pt
2Z 2
p0 Z 2 Z1
2.6.1 单一平界面的反射率与透射率
界面上反射波声强Ir与入射波声强I0之比称为声强反射率，用R表示。
Pr2
R Ir I0
2Z1 P02
Pr2 P02
r2
Z2 Z2
Z1 Z1
2
2Z1
界面上透射波声强It与入射波声强I0之比称为声强透射率，用T表示。
超声波利用什么原理
超声波利用什么原理超声波是一种高频机械波，其频率大于20kHz，无法被人耳所听到。
超声波的产生依靠压电效应，即在压电晶体上施加电场，会使晶体发生形变产生机械振动，从而导致超声波的产生。
超声波在空气、液体和固体中的传播具有很多特性，包括折射、散射、吸收等。
它们可以通过在介质中的传播速度和衰减程度等特性来进行测量和应用。
超声波传播的速度与介质的密度和弹性模量有关。
在固体中，超声波的传播速度高于在液体中，而在液体中，超声波的传播速度又高于在气体中。
这是因为固体分子之间的相互作用力较大，密度较大，所以声波传播的速度也较大。
超声波在介质中的传播可以发生折射现象。
当超声波传播到两个不同介质的交界面上时，由于介质的密度和弹性模量的差异，会产生反射和折射现象。
这种现象可以应用在超声波测距仪、血流测量仪等技术上。
超声波还可以通过散射进行检测和成像。
当超声波与介质中的不均匀物体或细小颗粒碰撞时，会发生散射现象，散射波的方向和强度与散射物的形状和大小有关。
利用这种原理，可以用超声波来检测和成像一些难以通过其他方式观察的物体，例如人体内部的器官、肿瘤等。
超声波在介质中会发生吸收。
介质中的分子会对超声波的能量进行吸收，导致超声波强度的衰减。
不同介质对超声波的吸收程度不同，吸收程度与超声波频率、介质的性质和温度等因素有关。
根据吸收的程度和特点，可以利用超声波来评估介质的性质，例如在医学上用于检测和评估人体组织的状态。
除了以上特性，超声波还常用于声纳和超声波清洗等领域。
声纳是利用超声波在水中传播的特性来进行远距离通讯和探测的技术，例如用于海洋探测、鱼群检测等。
超声波清洗则是利用超声波的高频振动产生微小气泡并爆裂，从而通过冲击力来清洗物体表面的技术。
总的来说，超声波利用压电晶体的压电效应产生，并通过介质中的传播、折射、散射和吸收等现象进行测量和应用。
在医学、工业、生物学等领域，超声波被广泛应用于成像、探测、清洗等技术，发挥着重要的作用。
超声波反射原理
超声波反射原理
超声波反射原理是一种利用超声波在介质中传播并发生反射的原理。
当超声波入射到介质的边界处时，一部分能量会被反射回来，而另一部分则会继续传播入射介质内部。
超声波的反射原理基于声学传导理论，即超声波传播过程中，能量以波的形式沿着介质中的分子传播。
当超声波遇到不同的介质或介质内部的接触界面时，由于介质的密度、弹性模量等性质的差异，会发生部分声能的反射和透射。
在超声波的反射过程中，波的传播速度和波长会发生变化，而频率则保持不变。
根据反射规律，入射角和反射角相等，即入射波束到达边界面时，其角度与反射波束离开边界面时的角度相等。
超声波反射原理在多个领域有广泛的应用，如医学超声、无损检测、地质勘探等。
在医学超声中，通过向人体内部发射超声波，利用反射波来获取人体内部结构的信息，从而进行诊断。
在无损检测中，超声波的反射可以用于检测材料中的缺陷、裂纹等问题。
在地质勘探中，超声波的反射可以用于判断地下地层的特征及变化。
总之，超声波反射原理是利用超声波在介质中传播并发生反射的基本物理现象，通过对超声波的反射进行分析和处理，可以获取到所需的信息，并应用于多个领域。
超声波穿透人颅骨的原理
超声波穿透人颅骨的原理超声波穿透人颅骨的原理是基于声波的特性和人颅骨的结构。
超声波是一种高频声波，其频率通常在20kHz到1GHz之间。
与可听声音的声波相比，超声波的频率更高，波长更短，能够在物体内部产生更高的分辨率。
超声波穿透人颅骨的原理主要包括反射、折射和散射。
首先，超声波在面对人颅骨时会发生反射。
当超声波遇到颅骨表面时，一部分能量被颅骨反射回来。
颅骨的密度和厚度会影响反射的强度，因此某些类型的颅骨病变可以通过超声波反射信号的变化来诊断。
其次，超声波在穿过人颅骨时会发生折射。
折射是指当超声波从一种介质传播到具有不同声速的另一种介质时，波的传播方向发生改变。
人颅骨由外板、腔隙和内板组成，每一层都有不同的声速。
因此，超声波在穿过颅骨时会逐层折射，从而改变传播方向。
这种折射现象可以用来计算颅骨的厚度和形态。
最后，超声波在颅骨内部遇到不均匀介质时会发生散射。
当超声波穿过颅骨内部的组织或液体时，它会受到组织的密度和结构变化的影响。
这些变化会散射超声波，并在图像上产生回声信号。
通过分析这些回声信号的强度和分布，医生可以判断是否存在异常或病变。
由于超声波具有高频率和波长短的特点，它能够提供更高的分辨率和图像清晰度，使医生能够更准确地检测和诊断颅骨病变。
此外，超声波检查还具有无创、无辐射和实时的优势，使其成为一种安全、可靠的成像技术。
总结起来，超声波穿透人颅骨的原理是基于声波的反射、折射和散射现象。
通过分析反射、折射和散射的特征，医生可以对颅骨进行成像、检测和诊断。
超声波成像技术在临床医学中得到广泛应用，为医生提供了一种无创、无辐射、实时的成像工具，对于早期发现和治疗神经系统疾病具有重要意义。
超声波检测裂纹原理
超声波检测裂纹原理
超声波检测裂纹原理是利用超声波在材料中传播时遇到裂纹或其他缺陷会发生反射、折射、散射等现象的特性来检测材料中的裂纹。
当超声波传播到材料中，如果材料中存在裂纹，裂纹会对超声波产生反射和折射。
超声波的传播速度在不同介质中不同，当超声波由一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象，折射角度与材料的声速有关，通过测量折射角度可以计算出裂纹的深度。
另外，当超声波遇到裂纹时，会产生散射现象。
散射会导致超声波的一部分从裂纹处散射回来，这些反射回来的超声波可以被接收器接收到。
通过接收反射回来的超声波信号，可以判断出材料中是否存在裂纹以及裂纹的位置、形状和大小。
综上所述，超声波检测裂纹的原理是利用超声波在材料中传播时遇到裂纹会产生反射、折射和散射等现象，通过测量这些现象可以确定材料中裂纹的存在及其相关参数。
超声波的反射和折射.
入射波
介质1 介质2
a a′
0
反射波
b
折射波
超声波的反射和折射
sin a c1 sin b c2
声波的反射系数和透射系数可分别由如下两式求得：
I t 4 1c1 2c2 cos 2 a T I 0 1c1 cos b 2c2 2
cos b 2c2 I r cos a 1c1 R I 0 cos b 2c2 cos a c 1 1
2
T
1c1 2c2 2
4 1c1 2c2
由式 $$$ 和式可知，若 1c1≈2c2 ，则反射系数 R≈0 ，透射系数 T≈1 ，此时声波几乎没有反射，全 部从第一介质透射入第二介质；若 2c2>> 1c1时， 反射系数 R≈1 ，则声波在界面上几乎全反射，透射 极少。同理1c1>>2c2时，反射系数R≈1，声波在界 面上几乎全反射。如20℃水温时，水的特性阻抗为 1c1=1.48×106Kg/(m2 ． s) ， 空 气 的 特 性 阻 抗 为 2c2=0.000429×106Kg/(m2 ． s) ， 1c1>>2c2 ， 故 超 声波从水介质中传播至水气界面时，将发生全反射。
2
式中：I0、Ir、It——分别为入射波、反射波、透射 波的声强；
a、b——分别为声波阻抗，其中c1和c2
分别为反射波和折射波的速度。 当超声波垂直入射界面，即a=b=0时，则
1 2 c2 1c1 R 1 2 c2 c 1 1
超声波的反射和折射
声波从一种介质传播到另一种介质，在两个介 质的分界面上一部分声波被反射，另一部分透射过 界面，在另一种介质内继续传播。这样的两种情况 称之为声波的反射和折射，如下页图所示。
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2
T
1c1 2c2 2
4 1c1 2c2
由式 $$$ 和式可知，若 1c1≈2c2 ，则反射系数 R≈0 ，透射系数 T≈1 ，此时声波几乎没有反射，全 部从第一介质透射入第二介质；若 2c2>> 1c1时， 反射系数 R≈1 ，则声波在界面上几乎全反射，透射 极少。同理1c1>>2c2时，反射系数R≈1，声波在界 面上几乎全反射。如20℃水温时，水的特性阻抗为 1c1=1.48×106Kg/(m2 ． s) ， 空 气 的 特 性 阻 抗 为 2c2=0.000429×106Kg/(m2 ． s) ， 1c1>>2c2 ， 故 超 声波从水介质中传播至水气界面时，将发生全反射。
入射波
介质1 b
折射波
超声波的反射和折射
sin a c1 sin b c2
声波的反射系数和透射系数可分别由如下两式求得：
I t 4 1c1 2c2 cos 2 a T I 0 1c1 cos b 2c2 2
cos b 2c2 I r cos a 1c1 R I 0 cos b 2c2 cos a c 1 1
超声波的反射和折射
声波从一种介质传播到另一种介质，在两个介 质的分界面上一部分声波被反射，另一部分透射过 界面，在另一种介质内继续传播。这样的两种情况 称之为声波的反射和折射，如下页图所示。
由物理学知，当波在界面上产生反射时，入射 角 a 的正弦与反射角 a′ 的正弦之比等于波速之比。 当波在界面处产生折射时，入射角 a 的正弦与折射 角 b 的正弦之比，等于入射波在第一介质中的波速 c1与折射波在第二介质中的波速c2之比，即
2
式中：I0、Ir、It——分别为入射波、反射波、透射 波的声强；
a、b——分别为声波的入射角和折射角； 1c1、2c2——分别为两介质的声阻抗，其中c1和c2
分别为反射波和折射波的速度。 当超声波垂直入射界面，即a=b=0时，则
1 2 c2 1c1 R 1 2 c2 c 1 1