超声波检测专业知识培训课件

• 受迫振动的振幅与策动力的频率有关。
共振：当策动力频率P与受迫振动物体固有频率相同时， 振幅最大。
应用：探头：使高频电脉冲的频率等于压电晶片的固有频
率，从而产生共振，这时压电晶片的电声能量转换效率最 高。
• 受迫振动物体受到策动力作用，不符合机械能守恒。
• 超声探头中的压电晶片在发射超声波时：
在高频电脉冲激励下产生受迫振动；
特点：1、回复力与位移成正比而方向相反，总是指向平衡位置。
2、是一种理想化的运动，振动过程中无阻力，所以振动系统机械能守恒。 3、谐振动的振幅、频率和周期保持不变，其频率为振动系统的固有频率， 是最简单、最基本的一种振动，任何复杂的振动都可视为多个谐振动的合 成
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2.1.3 阻尼振动
• 超声探头 晶片后粘贴阻尼块
阻尼振动
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受迫振动
• 受迫振动：物体受到周期性变化的外力作用时产生的振动。 如缝纫机上缝针的振动，汽缸中活塞的振动和扬声器中纸 膜的经过一段时间后达到稳定 状态，变为周期性的谐振动。其振动频率与策动力频率相 同，振幅保持不变。
的一部分）在
某一中心位置
两侧所做的往
复运动，就叫
做机械振动
钟摆的摆动，水上浮标的浮动， 担物行走时扁担的颤动， 在微风中树梢的摇摆， 振动的音叉、锣、鼓、琴弦等都是机械振动。
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2.1.1 振动的一般概念
• 振动产生的必要条件： 物体一离开平衡位置就会受到回复力的作用；阻力要足
够小。
提高劳动生产率
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2. 超声检测的物理基础
振动与波 物体或质点在某一平衡位置附近作往复运动，这种运动状态就叫做机械振动， 简称振动。如果物体或质点作周期性直线振动，它离开平衡位置的距离与时 间可以用正弦或余弦函数表示，称为简谐振动。 这是最基本最重要的周期性直线振动
• 一、波动
波动简称波，它是振动或振荡在物体或空间中的传播；振动是产生波 动的根源。 波动是振动的结果，是物质的基本运动形式之一。 波动可分称两大类，一类是机械波，另一类是电磁波。 两者有很大的本质区别，不可混淆。
液体和气体不能用上述弹性力的模型来描述，其弹性波是在受到压力时体 积的收缩和膨胀产生的。
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机械波的产生与传播
• 产生机械波的两个基本条件
（1）要有作机械振动的波源。 （2）要有能传播机械振动的弹性介质
• 机械振动与机械波的关系
互相关联，振动是产生机械波的根源，机械波是 振动状态的传播。波动中介质各质点并不随波前进， 而是按照与波源相同的振动频率在各自的平衡位置 上振动，并将能量传递给周围的质点。因此，机械 波的传播不是物质的传播，而是振动状态和能量的 传播。
在起振后受到晶片背面吸收块的阻尼作用，因此又是阻
尼振动
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机械波的产生与传播
弹性介质模型
图2.3
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2.1.4 机械波的产生与传播
• 振动的传播过程，称为波动。波动分为机械波和电磁波两大类。
• 机械波的产生与传播过程
如图2.3所示的固体弹性模型。质点间以弹性力联系在一起的介质称为弹性 介质。（固体、液体、气体）
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机械波与电磁波的区别
• 机械波是机械振动在弹性介质中引起 的波动过程。例如水波、声波、超声 波等。
• 电磁波则是电磁振荡所产生的变化电
场和变化磁场在物体中或空间(如真空)
的传播过程，如无线电波、红外线、 可见光、紫外线、伦琴射线等。
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振动与波动
• 物体（或物体
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1. 超声检测的定义和作用
• 指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。
在特种设备行业，通常指宏观缺陷检测和 材料厚度测量。
• 作用：质量控制、节约原材料、改进工艺、
非周期性振动：不具有上述周期性规律的振动
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振动的表征参数
周期、频率（振动的快慢），振幅（振动的强弱）
振幅A——振动物体离开平衡位置的最大距离，叫做振动的 振幅，用A表示。
周期T——当物体作往复运动时完成一次全振动所需要的时 间，称为振动周期，用T表示。常用单位为秒（s）。对于 非周期性振动，往复运动已不再是周期性的，但周期这个 物理量仍然可以反映这种运动的往复情况。
当外力F作用于质点A时，A就会离开平衡位置，这时A周围的质点将对 A产生弹性力使A回到平衡位置。当A回到平衡位置时，具有一定的速度，由 于惯性A不会停在平衡位置，而会继续向前运动，并沿相反方向离开平衡位置， 这时A又会受到反向弹性力，使A又回到平衡位置，这样质点A在平衡位置来 回往复运动，产生振动。与此同时，A周围的质点也会受到大小相等方向相反 的弹性力的作用，使它们离开平衡位置，并在各自的平衡位置附近振动。这 样弹性介质中一个质点的振动就会引起邻近质点的振动，邻近质点的振动又 会引起较远质点的振动，于是振动就以一定的速度由近及远地传播开来，从 而就形成了机械波。
• 振动的过程 物体（或质点）在受到一定力的作用下，将离开平衡位
置，产生一个位移；该力消失后，在回复力作用下，它将 向平衡位置运动，并且还要越过平衡位置移动到相反方向 的最大位移位置，然后再向平衡位置运动。这样一个完整 运动过程称为一个“循环”或叫一次“全振动”。
• 振动的分类 周期性振动：每经过一定时间后，振动体总是回复到原来 的状态（或位置）的振动
频率f——振动物体在单位时间内完成全振动的次数，称为振 动频率，用f表示。常用单位为赫兹（Hz）,1赫兹表示1秒 钟内完成1次全振动，即1Hz=1次/秒。此外还有千赫 （kHz），兆赫（MHz）。
周期和频率的关系：二者互为倒数，T=1/f
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2.1.2谐振动
定义：物体在 受到跟位移大 小成正比，而 方向总是指向 平衡位置的回 复力作用下的 振动，叫做 谐 振动。
• 谐振动是理想条件下的振动，即不考虑 摩擦和其它阻力的影响。
• 任何实际物体的振动，总要受到阻力的 作用。由于克服阻力做功，振动物体的 能量不断减少。同时，由于在振动传播 过程中，伴随着能量的传播，也使振动 物体的能量不断地减少。 不符合机械 能守恒定律
• 振幅或能量随时间不断减少的振动称为 阻尼振动。