第三章_超声波检测技术

1）吸收衰减：介质的吸收现象。粘滞衰减。 2 ）散射衰减：是由于介质阻抗的不连续性造成的。分为两种情 况．一是材料本身的不均匀，如具有不同密度和声速的两种材料的 交界面等等：另一种是晶粒尺寸可以与超声波波长相比的粗晶粒材 料产生晶粒散射。
第二节 超声波换能器
又称为超声波探头，是完成超声波发射和接收的关键器件。可 以将其他形式的能量转换成高频声能(发射换能器)，并且也能够把 超声能量转换成其他易于检测的能量(接收换能器)。换能器按能量 转换原理，分为磁性换能器和电性换能器。磁性换能器有电动式、 电磁式、磁致伸缩式；电性换能器有压电式、电容式、电致伸缩式。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
5、捧中的波 细棒中可产生纯纵波、弯曲波和扭转波。在材料检测中比较有 用的是棒中的纵波，由声波导理论可知，棒中纯纵波的产牛条件是 超声源的策动频率f必须满足下式
声速是随着介质及其状态( 如温度) 的不同而不同；大部分液体 的声速随温度的升高而减小，而水中的声速随温度的升高而增加。 流体中的声速随压力的增加而增加。
超声检测技术的基本原理是利用某种待测的非声量 (如密度、 浓度、强度、弹性、硬度、粘度、温度、流量、液体、厚度、 缺陷等 ) 与某些描述媒质声学特性的物理量 ( 如声速、声阻抗、 衰减等)之间存在着的直接或间接的关系，在确定了这些关系之 后就可通过测定这些超声物理量来测出待测的非声量。
在超声波检测技术的实际应用中，为了获得较大 的输出信号，可以增大超声波发射装置的发射功率。 但是因为超声波是一种机械波，所以过强的超声波 会产生许多对测量不利的效应，这些不利的效应统 称为超声效应。
表面波是沿介质表面传播的一种波，在表面波的传播中，介 质表面内受扰动的质点振动轨迹为一椭圆，在固体上距表面四分 之一波长深处的振幅最强，随着深度的增加其振幅衰减很快，实 际上距表面一个波长以上的地方，振动已近消失，超声表面波在 固态介质表面的传播速度小于介质休内超声横波的传播速度。
4、板波
板波亦称拉姆波，是板材特有的一种波型，它在板材厚度小 于入射波波长时产生，在一个给定的板材中可以存在三种不同偏 振的板波，一是横波，偏振方向与板表面平行，这种类型的波在 材料检测中不太重要。第二种，是—种对称型的拉姆波，在板中 心面上的质点的偏振方向与传播方向平行，如同纵波的偏振，其 他位置的质点的偏振轨迹为椭圆，第三种为非对称型的拉姆波， 板中心面上质点的偏振方向与传播方向垂直，其他位置上的质点 的偏振轨迹亦为椭园。
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。
2．横波 当介质中质点振动方向和超声波的传播方向垂直时．此种超 声波为横波波型，以T表示。以超声波入射的固体材料的界面为基 准，横波又可分为垂直偏振和水平偏振两类，即TV和TH波。 3．表面波
声速与介质的许多特性有关，例如介质的成分、混合物的比例、 溶液的浓度、某些液体的比重等。 2．声阻抗
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，在另一种介质内部继续传 播。声波的反射和折射。
超声波在两种介质的界面上的反射能量和透射能量的变化，取 决于这两种介质的声阻抗之比 声阻抗定义为传声介质的密度P与声 速c的乘积，用z表示。它是介质固有的一个常数，它的数值对超声 波在介质中的传播非常重要，单位为瑞利(rayl)； 1rayl=1N· s／m2=lkg／(s· m2) 空气和钢铁的声阻抗相差很远，垂直人射到空气和钢铁界面上 的超声波几乎全被反射。 3、声衰减 超声波的衰减原因分为三个方面：1）由于波前的扩展而产生 的能量损失；2）超声波在介质中的散射而产生的能量损失，即散 射衰减；3）由于介质内耗所产生的吸收衰减。
超声波的特点： (1) 能以各式各样的传播模式 ( 纵波，横波、表面波，薄板波 ) 在气体、液体、固体或它们的混合物等各种媒质中传播，也可 在光不能通过的金属、生物体中传播，是探测物质内部的有效 手段。 (2)由于超声波与电磁波相比速度慢，对于相同的频率波长短， 容易提高测量的分辨率。 (3)由于传播时受介质声速、声阻抗和衰减常数的影响大，所以， 反过来可由超声波传播的情况测量物质的状态。
第三章 超声波检测技术
• • • • • • • • 超声波检测的基础知识 超声波换能器 超声波换能器接口电路 超声无损检测 超声波物位计 超声波流量计 超声波测厚仪 超声波在其他测量方面的应用
第一节 超声波检测的基本知识 一、超声波及其特点
声波是一种能在气体、液体和固体中传播的机械波。根 据声波振动频率的范围，可以分为次声波、声波、超声波 和特超声波。一般人耳能听到的声音的频率范围在20Hz— 20KHZ 之间，频率低于 20HZ 的波称为次声波 ，而高于 20KHZ的波称为超声波。频率高于109HZ的称为特超声波。 超声波检测中常用的工作频率在0.25~20MHZ范围内。
为了避免超声效应的出现．实际应用中除了根据 情况限制超声波的强度外，还可以采用高峰值的脉 冲信号。
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。
一、压电换能器 1 压电效应
(1)逆压电效应；将具有逆压电效应的介质置于电场内，由于电场 作用介质内部正负电荷中心发生位置变化，这种位置变化在宏观上 表现为产生了形变，形变与电场强度成正比如电场反向，则形变也 相反。 这一现象称为逆压电效应。利用逆压电效应能产生超声波。
(2)正压电效应。当对某电介质施加应力时，产生的变形将引起内 部正负电荷中心发生相对位移而产生极化，在介质两端面上出现符 号相反的束缚电荷，其电荷密度与应力成正比，这种效应称为正压 电效应。利用正压电效应将机械能(即声能)转换成电能，并用来接 收超声波的装置，称为接收技能器。