声学探测(第6缓次课)
声学中的水声探测技术及应用研究
声学中的水声探测技术及应用研究引言：水声探测技术是一种利用声波在水中传播的特性来获取信息的技术，广泛应用于海洋石油勘探、水下通信、海洋生态环境研究等领域。
本文将从物理定律到实验准备和过程进行详细解读，并探讨其在应用和其他专业性角度的研究。
一、声学定律的应用：在水声探测技术中，最基本的物理定律包括声速、声强和声级。
声速是指声波在介质中传播的速度，与介质的属性密切相关。
水声探测技术中，研究声速的测量方法对于纠正定位误差和精确探测目标位置至关重要。
声强是指声波的能流密度，通过测量声波的声压来获得。
在水声探测技术中，声强的测量用于判断目标的远近和探测的效果。
声级是一种描述声波强度的单位，通常用在声波信号的测量和分析中。
二、实验准备：在进行水声探测技术的实验之前，需要准备一系列的实验设备。
首先是水声发射器和接收器，它们分别负责产生和接收声波信号。
其次是数据采集系统，用于记录和分析接收到的声波信号。
最后是传感器和探测器，用于测量和记录物理量，如压力、声波的频率和强度等。
同时，还需要进行场地准备，根据实验需求选择合适的水体环境，并保证实验场地的无干扰环境。
三、实验过程：1. 实验目标确定：根据具体的应用需求，确定实验的目标，如水下通信中的数据传输速率测试，海洋石油勘探中的定位和探测目标等。
2. 实验设计和参数设置：根据实验目标，设计合理的实验方案，并设置相应参数，如声频范围、信号频率、声源和接收器的位置等。
3. 发射声波信号：通过水声发射器产生声波信号，并控制信号的强度和频率。
信号的强度和频率与目标物的位置和性质有关。
4. 接收声波信号：使用水声接收器接收声波信号，并将其转化为电信号经过放大等处理，方便后续数据采集和分析。
5. 数据采集和分析：利用数据采集系统收集接收到的声波信号，并利用相应的分析方法，如频谱分析、波形分析等，对数据进行处理和分析。
6. 结果评估和优化：根据实验结果，进行结果评估和优化，进一步改善实验方法和参数设置，以提高水声探测技术的准确性和可靠性。
水下声学探测的实验研究与应用
水下声学探测的实验研究与应用水下声学探测，这可是个相当有趣又充满神秘色彩的领域！想象一下，在深邃的海洋或者广阔的湖泊中，有一种神奇的力量能够帮我们“听”到隐藏在水下的秘密，这就是水下声学探测。
我记得有一次去海边度假，那天阳光正好，微风不燥。
我站在沙滩上，望着那片一望无际的蓝色海洋，心中充满了好奇和向往。
远处，一艘科考船缓缓驶过，那一瞬间，我突然想到了水下声学探测。
咱们先来说说实验研究这一块儿。
做水下声学探测的实验可不像在实验室里摆弄那些瓶瓶罐罐那么简单。
得准备各种各样复杂的设备，比如高精度的水听器、功率强大的声源，还有一堆用于数据采集和处理的仪器。
就拿水听器来说吧，这玩意儿就像是水下的“耳朵”，但它可比咱们的耳朵灵敏多了。
为了让它能准确地捕捉到水下的声音信号，得把它安装在合适的位置，角度、深度都有讲究。
有一回实验，因为安装的时候没注意角度，结果采集到的数据那叫一个乱七八糟，整个实验都得重新来过。
再说声源，这可是发出声音信号的关键。
有的声源能发出单一频率的声音，有的则能发出多种频率组合的复杂声音。
选择什么样的声源，得根据具体的探测目标和环境来决定。
有一次，为了模拟一种特殊的水下环境，我们特意选用了一种低频大功率的声源，那声音一发出，感觉整个水池都在震动。
在实验过程中，数据采集和处理也是至关重要的环节。
采集到的数据就像是一堆杂乱无章的拼图碎片，得通过各种算法和软件把它们拼凑成一幅完整清晰的图像。
有时候，为了处理那些海量的数据，电脑都得“累”得发烫。
说完实验研究，咱们再聊聊水下声学探测的应用。
它在海洋地质勘探方面可是大显身手。
通过探测海底地层反射回来的声音信号，地质学家们能够了解海底的地质结构，寻找石油、天然气等宝贵的资源。
想象一下，在茫茫大海底下，靠着声音就能找到那些隐藏的宝藏，是不是很神奇？在海洋生态研究中，水下声学探测也功不可没。
它可以用来监测鱼类的活动，了解它们的迁徙规律和群体行为。
研究人员通过分析鱼类发出的声音，就能知道它们在哪里、在干什么。
物理实验中的声学技术应用指南
物理实验中的声学技术应用指南声学技术是物理学和工程学中一门重要的学科，它涉及声波的产生、传播和接收。
在物理实验中，声学技术的应用可以帮助我们探索材料的特性、测量物理量和解决实验中的问题。
本文将介绍一些常见的声学技术在物理实验中的应用指南。
一、声速测量声速是声波在介质中传播的速度，它与介质的密度和弹性有关。
在物理实验中，测量声速是一个重要的任务。
一种常见的测量方法是通过测量声波在材料中传播的时间来计算声速。
具体操作时，首先在材料中产生一个声波信号，然后使用超声波传感器记录声波传播的时间。
通过测量声波传播的距离和时间，可以得到声速。
二、声音幅度测量声音幅度是指声波传播过程中的能量强度，通常以分贝（dB）为单位表示。
在物理实验中，测量声音幅度可以帮助我们了解声波的强度以及介质在声波传播过程中的能量损耗情况。
常见的声音幅度测量方法包括使用声级计或压电传感器测量信号的电压。
三、声音频率测量声音频率是指声波的振动频率，通常以赫兹（Hz）为单位表示。
在物理实验中，测量声音频率可以帮助我们研究声波的特性以及声波在不同介质中的传播行为。
常见的声音频率测量方法包括使用频谱分析仪或声音分析软件进行频谱分析。
四、声音衰减系数测量声音衰减系数是指声波在传播过程中的能量损失情况，它与声波在介质中的传播距离以及介质的特性有关。
在物理实验中，测量声音衰减系数可以帮助我们了解不同材料的声学性质以及声波在不同环境中的传播特性。
常见的声音衰减系数测量方法包括使用声学吸收材料和反射系数测量。
五、声波传播模拟声波传播模拟是指使用计算机辅助工具模拟声波在不同介质中的传播过程。
在物理实验中，声波传播模拟可以帮助我们预测声波在特定环境中的传播行为，例如声音在房间中的传播，声音在管道中的传播等等。
常见的声波传播模拟工具包括有限元分析软件和声学模拟软件。
总结声学技术在物理实验中有着广泛的应用，它可以帮助我们测量声速、声音幅度和频率，了解声音衰减系数，以及模拟声波传播过程。
声学 测听方法
声学测听方法
声学测听方法主要有以下几种：
1. 音叉检查：检查时将音叉分别置于距离耳道1cm处和颅骨上方，然后敲击音叉，根据患者的反应，判断听力情况。
如果双耳听到的声音响度不同、声音持续的时间不同，说明存在听力损失情况。
2. 纯音测听：由医生使用电子纯音听力计检测耳部的听阈，判断听力是否异常。
纯音测听需要逐一对两侧耳朵进行，检测一只耳朵时，另一只耳朵需要施加掩蔽，有助于提高检测结果。
3. 发射检查：发射检查分为两类，分别为瞬态声诱发耳声发射、畸变产物耳声发射，能够比较准确、快速的查听力，判断是否存在耳蜗性或蜗后性听觉异常。
4. 声强测量：适用于测量较大的声强值，另外此法测得的是一定时间内的平均声强。
5. 光学法：利用短波声光致衍射现象以测量透明液体媒质中的平均声强。
有声波存在时，媒质的密度ρ 在空间形成周期性变化，构成一相位光栅，当光线与声波垂直相交时，就产生光衍射现象，此时短波声强I与光衍射条纹变化有如下关系式中Λ 为光波波长，с为液体中的声速，Л为光波通过声场的深度，a为贝塞耳函数Jm(a)=0的根(a=2πΔrl/Λ)。
用此法只能测量 1～10kW/m2（即～1W/cm2）左右或更大的声强。
此外，还有耳语检查、表声检查、声阻抗测听法、电测听等其他查听力的方法。
这些方法各有特点，适用于不同的场景和目的。
在实际应用中，应根据具体情况选择合适的测听方法。
声学探测方案
声学探测方案前言声学探测是一种利用声波在介质中传播的特性，通过接收和分析声波的反射、传播和散射等信息来获得目标的位置、速度和特征的技术。
声学探测广泛应用于海洋勘测、地震监测、无线通信、声纳导航等领域。
本文将介绍声学探测的基本原理和常用的声学探测方案。
声学探测基本原理声学探测基于声波在介质中的传播特性。
当声波遇到介质界面时，根据介质的性质会发生反射、折射和透射等现象。
通过接收和分析反射、折射和透射声波的幅度、频率、相位等特征，可以推测目标的位置、速度和特征。
声学探测方案1. 声纳探测声纳探测是一种利用声波在水中传播的特性来进行目标探测和定位的技术。
声纳探测通过发送声波信号并接收回波信号，根据回波信号的幅度、频率、相位等特征来确定目标的位置、速度和特征。
声纳探测广泛应用于海洋勘测、水下通信、潜艇探测等领域。
声纳探测可以分为活动式声纳和被动式声纳两种类型。
•活动式声纳：通过发送声波信号来探测目标。
活动式声纳通常包括一个发射器和一个接收器。
发射器发出的声波信号在水中传播，并在目标上发生反射。
接收器接收到反射的声波信号，并进行分析和处理，得到目标的位置、速度和特征。
•被动式声纳：通过接收外界环境中的声波信号来探测目标。
被动式声纳通常只包括一个接收器。
接收器接收到来自目标及周围环境的声波信号，并进行分析和处理，得到目标的位置、速度和特征。
被动式声纳具有隐蔽性强的优点，适用于海洋、水下等环境下的目标侦测和监测。
2. 地震探测地震探测是一种利用地震波在地球内部传播的特性来获取地下结构信息的技术。
地震波包括纵波（P波）和横波（S波）。
当地震波遇到地壳、地幔和地核的界面时，会发生反射、折射和透射等现象。
通过接收和分析地震波的反射、折射和透射信号，可以推测地下构造的分布、性质和厚度等信息。
地震探测通常采用地震仪进行观测。
地震仪能够感应地震波的振动，并将振动信号转化为电信号。
地震仪通常包括传感器、放大器和记录设备等部分。
水声学第六章-声波在目标上的反射和散射
2024/3/9
15
常见声纳目标的目标强度的一般特征
潜艇的目标强度 随方位的变化 潜艇目标强度与方位角关系曲线呈“蝴蝶形”图 形。
潜艇目标 强度随方 位的变化
2024/3/9
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常见声纳目标的目标强度的一般特征
潜艇的目标强度 随方位的变化 1）在艇的舷侧正横方向上，目标强度值最大，达 25dB，系由艇壳的镜反射引起； 2）在艇首和艇尾方向，目标强度最小，约10～15dB， 系由艇壳和尾流的遮蔽效应引起； 3）在艇首和艇尾20度附近，比相邻区域高出1～3dB， 可能是由潜艇的舱室结构的内反射产生； 4）在其它方向上呈圆形，系由潜艇的复杂结构以及 附属物产生散射的多种叠加。
提示：为了要得到稳定的测量结果，测量应在远 场进行，即测量距离 r L2 λ 。
2024/3/9
20
常见声纳目标的目标强度的一般特征
潜艇的目标强度 随脉冲宽度的变化
t B
t2
A
t
t1
设入射波脉冲长度为 ，若物体表面上A点和B点 所产生的回声在脉冲宽度 内被同时接收到，则有：
BD c 2
深海负梯度
声线的特点与极限声线 几何作用距离的概念
深海负跃层
概念 对声传播的影响
均匀浅海声场
传播损失与距离的关系（近/中等/远距离） 虚源表示的基本思想
2024/3/9
3
本章主要内容
目标强度（重点）
目标强度概念 刚性大球的目标强度
常见声纳目标的目标强度的一般特征（重点）
潜艇的目标强度 鱼雷和水雷的目标强度 鱼的目标强度
2024/3/9
4
本章主要内容
目标强度的实验测量（重点）
侧扫声呐ppt课件
发射和接受具有较强的定向性 具有极小的水平波束角（0.5-1.5度） 具有较大的垂向波束角（32度左右）
具有较高的工作频率（几十KHz——几千KHz）
目的？ 12
一般具有两个换能器和水听器
提高探测效率
发射和接受具有较强的定向性
侧扫声呐 探测必须 T1 的
2019/12/5
5、声呐图谱识别过程中应注意的问题
绕射波问题 量程外强反射被接受问题 镜像问题 多次反射和目标物之间的多次 声呐分辨率问题
分辨率 可识辨率
36
•声呐探测波所形成的绕射现象
无论入射角度如波的绕射 现象
五、侧扫声呐的工作方法和资料处理
工作目的确定 探测规范 测线布设 拖曳方式的选择 探测船速的控制
定位点间距的选 择
声速的确定
量程、覆盖及斜
率校正
图谱的识别 地质现象的解译 地貌图的绘制 报告的编写
52
•工作目的确定
地质调查 物体寻找 特殊现象探查
难度小 难度最大
海底探测技术
曹立华
第一章 绪论 第二章 定位导航技术 第三章 声波探测的基本原理 第四章 声学海底探测设备的组成及分类 第五章 单波束测深设备的组成及工作程序 第六章 侧扫声呐工作原理及探测资料分析 第七章 多波束测深系统的工作原理及数据处理分析 第八章 浅地层探测系统的工作原理及资料分析 第九章 综合探测的实施原则及水下声学定位系统 第十章 探测实例分析
深水
信号好
缺点 噪音大 噪音大 安全性差
•探测船速的控制
调
调查目的
查
船速越低，炮点密度越大，探测分辨率越高
船
船
研究声现象实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解声现象的基本原理和传播规律。
2. 探究声音在不同介质中的传播速度。
3. 通过实验验证声音的反射、折射、衍射等现象。
二、实验器材1. 扬声器2. 音频信号发生器3. 测距仪4. 玻璃板5. 水槽6. 纸张7. 直尺8. 计时器9. 线路连接器10. 真空罩三、实验原理1. 声音是由物体振动产生的，振动通过介质传播，产生声波。
2. 声音在不同介质中的传播速度不同，一般情况下，在固体中传播速度最快，其次是液体，最慢的是气体。
3. 声音的反射、折射、衍射等现象是由声波的传播特性决定的。
四、实验步骤1. 将扬声器与音频信号发生器连接，调整信号发生器输出频率为1000Hz。
2. 在扬声器前放置一张白纸，观察扬声器振动产生的声波在白纸上的波动情况。
3. 测量扬声器到白纸的距离，记录数据。
4. 将扬声器放入真空罩内，用抽气机逐步抽去真空罩内的空气，观察扬声器振动产生的声波在白纸上的波动情况。
5. 测量扬声器到玻璃板、水槽的距离，分别记录数据。
6. 将扬声器放在玻璃板和水槽中，分别测量声波在玻璃板和水槽中的传播速度。
7. 观察并记录声音的反射、折射、衍射等现象。
五、实验结果与分析1. 在白纸上观察到扬声器振动产生的声波波动情况，说明声音是由物体振动产生的。
2. 在真空罩内，扬声器振动产生的声波在白纸上的波动情况与有空气时基本相同，说明声音可以在真空中传播。
3. 测量扬声器到玻璃板、水槽的距离，分别记录数据，计算出声波在玻璃板和水槽中的传播速度。
4. 观察到声音在玻璃板、水槽中的传播速度与在空气中的传播速度相近，说明声音在不同介质中的传播速度相差不大。
5. 观察到声音的反射、折射、衍射等现象，验证了声音的传播特性。
六、实验结论1. 声音是由物体振动产生的，振动通过介质传播，产生声波。
2. 声音可以在真空中传播，但在不同介质中的传播速度略有差异。
3. 声音的反射、折射、衍射等现象是由声波的传播特性决定的。
声学探测方案
声学探测方案第1篇声学探测方案一、背景随着我国城市化进程的加快，噪声污染问题日益凸显，对声环境质量的要求越来越高。
为了有效监测和控制噪声污染，保障人民群众身心健康，本项目旨在制定一套合法合规的声学探测方案，对城市区域进行声学监测与分析。
二、目标1. 获取城市区域声环境质量现状。
2. 识别噪声污染源，为政府决策提供依据。
3. 为城市声环境规划与管理提供技术支持。
三、探测范围与内容1. 探测范围：- 城市区域内的主要交通干线、居民区、商业区、工业区等。
- 城市规划重点区域、噪声敏感区域等。
2. 探测内容：- 噪声水平监测：等效连续声级（Leq）、最大声级（Lmax）、最小声级（Lmin）等。
- 噪声源识别：交通噪声、工业噪声、建筑施工噪声、社会生活噪声等。
- 声环境质量评价：按照GB 3096-2008《声环境质量标准》进行评价。
四、设备选型与布点1. 设备选型：- 声级计：具备国家标准认证，精度高，稳定性好。
- 噪声监测终端：具备数据存储、传输、远程控制等功能。
- 无线传输设备：实现监测数据的实时传输。
2. 布点原则：- 代表性：布点应具有区域声环境的代表性。
- 科学性：根据声环境功能区划分，合理布点。
- 系统性：覆盖各类噪声源和敏感区域。
- 可操作性：考虑设备安装、维护等实际情况。
五、实施方案1. 前期准备：- 调查研究：了解城市声环境现状、噪声源分布、敏感区域等信息。
- 设备采购：按照选型要求，采购相关设备。
- 人员培训：对参与人员进行设备操作、数据分析等方面的培训。
2. 现场探测：- 设备安装：按照布点原则，在指定位置安装声级计、噪声监测终端等设备。
- 数据采集：按照国家标准，对声环境质量进行监测，采集相关数据。
- 数据传输：通过无线传输设备，将监测数据实时传输至数据处理中心。
3. 数据处理与分析：- 数据预处理：对原始数据进行整理、筛选，确保数据真实可靠。
- 声环境质量评价：根据GB 3096-2008，对监测数据进行评价。
第六课：弹弦听音
实验一：线绳的松紧与音调变化的规律 ①将纸杯放在耳边进行试验。 ②在配重杯里放进3个小重物挂在线绳上。 ③用手弹动线绳，感觉并记住此时的音调。 ④逐渐增加配重杯中的小重物数量，线绳逐渐 绷紧，每次增加重物后都弹动线绳，记下音调。 ⑤小结：随着线绳逐渐绷紧，弹出的音调逐渐 升高。
实验三，琴弦的粗细变化与音调变化的规律 ①、在配重杯里放进5个小重物，把它挂在C 结处。 ②、用手弹动线绳，体验并记住这时的声音。 ③、用另一个粗线琴弦的装置进行实验，在配 重杯里放进5个小重物，把它挂在C结处。 ④、用手弹动线绳，体验并记住这时的声音。 思考问题：你发现粗弦和细弦产生的音调变化 了吗？由细琴弦变成粗琴弦后，弹出的音调是 升高了还是降低了？
探索发现 我们做了改变琴弦松与紧、长与短、粗 与细的三个听音实验。我们发现，当琴 弦由松变紧、由长变短、由粗变细时， 发出的音调都升高了
第六课：弹弦听音
马场道小学
教学导入： 潜艇是一种在水面下面进行作战活动的 舰艇。谁知道，潜艇为什么会自由的下 沉和上浮呢？他是依靠什么在教师指导下进行） ①、在第一个纸杯底中心扎一个小孔。 ②、将细绳一端先打一个节，然后每隔 15厘米左右再打两个节扣。 ③、在细绳的另一端系上一个曲别针并 拉入杯内。 ④、按上面程序，在制作一个。 ⑤、在教师的指导下，制作配重杯。
实验二：琴弦的长短变化与音调变化的规律 ①在配重杯里放进5个小重物，把它挂在C结处。 ②用手弹动线绳，体验并记住这时的声音。 ③把配重杯挂在B处，用手弹动线绳并记住这时的声 音。 ④把配重杯挂在A处，用手弹动线绳并记住这时的声 音。 思考：在实验中你发现了什么现象？随着绷紧的线绳 逐渐变短，弹出的声音是升高了还是降低了？
第4节 水声探测技术
第一次世界大战时，德国潜水艇击沉了协约国大量战舰、 船只，几乎中断了横跨大西洋的海上运输线。 当时潜水艇潜在水下，看不见，摸不着，一时横行无敌。 于是利用水声设备搜寻潜艇和水雷就成了关键的问题。 法国著名物理学家郎之万等人研究并造出了第一部主动 式声呐，1918年在地中海首次接收到(2～3)km以外的潜 艇回波。 这种声呐可以向水中发射各种形式的声信号，碰到需要 定位的目标时产生反射回波，接收回来后进行信号分析、 处理，除掉干扰，从而显示出目标所在的方位和距离。
声波是观察和测量的重要手段。有趣的是，英文 “sound”一词作为名词是“声”的意思，作为动 词就有“探测”的意思，可见声与探测关系之紧 密。 声呐是水声学中应用最广泛、最重要的一种装置。 它是SONAR一词的“义音两顾”的译称（旧译为 声纳），SONAR是Sound Navigation and Ranging（声音导航测距）的缩写。
水声技术具体可分两个方面： 一是设计声呐的技术， 二是处理声呐信号的技术。
从运载声呐的载体来分，可分为舰壳声呐，拖曳 声呐，直升飞机吊放式声呐，海底固定声呐及声 呐浮标等， 从其功能上可以分为远距离警戒声呐，中距离瞄 准声呐，近距离高分辨力的探雷声呐，鱼探仪， 测深仪以及用于海洋勘探及导航用的多卜勒声呐 等； 按其工作方式可以分为主动式或被动式两大类声 呐。 如何根据使用海区的特点，根据战术指标及技术 指标设计新型的声呐，这是水声技术所要解决件情况如下： 2009年3月4日，一艘中国渔业局巡逻艇数度利用强力探照灯照射美 国海洋观测船“无瑕号”整个船身。当时无瑕号在距中国海岸231公 里的黄海上作业。这般巡逻艇随后在没有知会或警告的情况下，在无 瑕号正前方约1280公尺处横向通过。 第二天，一架中国Y-12海上侦察机12次以大约122公尺高度、457公 尺的距离飞行经过胜利号。 3月5日，一艘中国巡防舰无预警接近美国“无瑕号”，并在距船首约 91公尺处穿越，不到两小时之后，一艘中国Y-12侦察机以183公尺高 度、30到90公尺的距离11度飞行经过无瑕号。 然后巡防舰再次从无瑕号前方通过，这次距离约366到457公尺，既 未礼让，也不表明意图。 3月7日，一艘中国情搜船利用船上无线电向无瑕号发出挑战，指控无 瑕号非法作业，并要求无瑕号离开那个海域，否则就“承担后果”。 美国国防部3月9日以控诉的口吻指出，五艘中国船只跟踪并危险地接 近美国海军船只，显然企图“骚扰”美军船员。
《声探测技术》课件 (2)
声探测技术的应用
工业领域
声探测技术在工业中被广泛应 用于故障诊断、质量控制和无 损检测等领域，提技术在医疗中被应用于 心脏听诊、超声检测和声纹识 别等方面，帮助医生进行诊断 和治疗。
民用领域
声探测技术在民用领域的应用 越来越广泛，如智能音箱、语 音识别和声音合成等，改善了 人们的生活方式。
声探测技术的发展前景
声探测技术的优势
声探测技术具有非接触、非破坏和实时性等优势， 有着广阔的应用前景。
声探测技术的发展趋势
随着科技的进步和需求的增加，声探测技术将朝着 更高精度、更小尺寸和更智能化的方向发展。
《声探测技术》PPT课件 (2)
背景介绍
什么是声探测技术
声探测技术是指利用声波的传播和反射特性，通 过对声信号的分析和处理来获取相关信息的技术。
声探测技术的应用领域
声探测技术广泛应用于工业、医疗、民用等领域， 如无损检测、声波图像生成和声纹识别等。
声传感器的工作原理
声传感器的种类
常见的声传感器有麦克风传 感器、声纳传感器和超声波 传感器等。
声传感器的工作原理
声传感器通过转换声波信号 为电信号，实现声波信号的 检测和测量。
声传感器的性能参数
声传感器的性能参数包括灵 敏度、频率响应和信噪比等， 影响着声探测技术的质量和 精准度。
声信号的处理
1 声信号的特点
声信号具有波动性、频率性和时变性等特点，需要经过适当的处理才能提取有用的信息。
2 声信号的处理方法
总结和展望
声探测技术的重要性
声探测技术在现代工业和生 活中扮演着重要角色，提供 了丰富的信息和便利的服务。
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固体中超声波的传播
在半无限大固体的表面，存在表面波，表面波的传播声速近似为
cR0.81 7 1 .13G 0.81 7 1 .13cs
c s 为无限大固体介质中的横波速度，一般 00.5 cR cs
声速在超声无损捡测中是一个很重要的参量，特别是对于波的识别。 上述各种声速总结如下: 1)介质的弹性性能越好，密度越小则介质的声速越大； 2)对于无限固态介质，纵波声速cl大于横波声速cs；
cl1
cl1
cs1
cl2
cs2
L 固 1cl1cs1
S1 s1
i l1
L1
l2 90
纵波入射角称为第一临界角
固 2cl2cs2
l2
L2
s2
S2
arcsincl1 cl 2
s2 90
如果纵波的入射角大于第二临界角, 声波沿固体表面传播，称之为表面波
arcsincl1 cs2
i 横波探伤
声波不同入射角度探伤时利 用的波型及其应用场合总结
是超声检测法中最常用的一种方法.
脉冲反射法的过程
由超声波探头在脉冲源的激励下发出间断的 超声脉冲进入介质，
在介质中遇到不连续处，由于介质的连续处 和不连续处的声阻抗不同，声能在阻抗不连 续处发生反射，
其中一部分声能被反射回来，由同一超声探 头（或另外一个探头）接收回波，再把它变 成电信号显示出来，这种检测方法叫做脉冲 反射法 .
L
L1
液
i
r
1c1
固 2c2lc2s
l s
c2l c2s c1
l s 1
L2 S2
纵波垂直入射
液
1c1
固
2c2
Pi Pr ；Pt
R Pr Z2 Z1 Pi Z2 Z1
T
Pt Pi
2Z2
Z2 Z1
声波垂直发射属于纵波探伤。
纵波斜入射
siin siln 1sis n 2siln 2sis n 2
3) cl cs cR c R 为固体表面波声速。
超声波在平面界面上的反射与折射
重点介绍超声波入射到液－固界面而上的情形 . 超声波在两种不同介质介面上的反射与折射遵从斯聂尔定律
si ni si nr sinl sins
c1
c1
c2l
cபைடு நூலகம்s
固体中的声速大于液体中的声速，而且固体中纵波声 速总大于横波声速，也就是
采用斜探头探测取向比较刁钻的缺陷
利用一只带有合适角度的斜劈的斜探头，可通过模式 转换而获得一横波，它沿与试样表面成小角度的取向 传播。此时纵波是进入不到试样中的，它被反射回探 头所带的斜劈中。这种角度的探头称为切向波探头。
切向波探头的一种设计方案
超声探伤法
穿透法探伤 穿透法又叫透射法，是利用声波穿过被检材
a)无缺陷
b)有小缺陷 图脉冲反射法
c)有大缺陷
②缺陷回波法 :还可以用底面回波高度来判断缺陷 的存在，在同一种材料中，若不存在缺陷时其底 面的回波高度不变，当有缺陷存在时，峰值B的高 度将缩小甚至消失。而且峰值B缩小的程度对于判 别缺陷特征来说比峰值F更能说明问题。
T
B
T FB
（a）
（b）
底面反射脉冲高度法
超声波的获得
超声波换能器
机械换能器 压电换能器 磁致伸缩换能器 其它形式的换能器：包括电磁换能器，静电
换能器，热声换能器、化学声换能器及光声 换能器等。
超声无损探伤
探伤：探伤和测伤 超声波可以实现其主动式探伤的原因 ： （1）具有一般波动的物理共性．如穿透性、
不均匀界面的反射与透射(或斜人射时的折 射)、迭加和干涉、吸收和衰减以及一定的 辐射指向性等。 （2）超声波是一种弹性波，具有不同于其它 波动的个性，比如不受透明与不透明、导电 与不导电等限制，对所有介质，超声波都是 “透明”的。由于它是一种机械弹性波，所 以其传播特性与材料的弹性机械性能有关。
纵波垂直入射，属纵波探伤。 声波斜入射时，入射角选择在第一临界角与第二临界
角之间，属于横波探伤； 声波斜入射时，入射角选择在大于第二临界角的角度
范围，是利用表面波或板波探伤， 纵波探伤和横波探伤主要用在检测位于材料内部的缺
陷，表面波和板波来主要用来探测位于材料表面的缺 陷和检测固体表面下层状的缺陷。
脉冲发射法是实际超声探伤中最广泛使用的方法。 优点： 探头只接触被检体的一个面就能进行探伤； 探伤灵敏度高， 缺陷可以定位。 缺点： 是存在盲区，探测近表面缺陷的能力较差， 当声束轴线不垂直缺陷反射面时容易漏检， 由于声束需要往复传播，不利于高衰减材料的检测。
当缺陷的取向不与试样表面相平行时，采用 斜探头比较好，斜探头是将一个换能器装在 一只塑料斜劈上而成的。
料或工件后能量（或声压幅度）的变化来判 断缺陷的有无及其性质的。穿透法是超声波 应用于无损检测最早的方法。
固体中超声波的传播
声波在固体中传播时，同时存在有纵波(压缩波)和横波（切变波）
c c l
s
分别表示纵波声速和横波声速。对于无限大弹性介质， 其表达式为
2
1 E
cl 112
cs
G
E
21
cl cs
对于固体，在无限大各向同性固体内部存在两种传播速度的超 声波，一种是超声纵波(L波)，一种是超声横波(T波)，前者传播 速度比后者大。
1 T
2
3
F
B
1.探头，2.缺陷，3.底面 脉冲反射法探伤原理图
（脉冲源激励发射换能器产生声脉冲→进入介质内部→ 遇到阻抗不连续处反射声波→接收换能器接收声波→转
化为电信号显示→判断）
①缺陷回波法 图中脉冲T为发射的起始脉冲 ，B为材料或工件底面的反射脉冲，而F为缺 陷的反射脉冲。这种方法也叫做缺陷回波法 。AF之间的水平距离给出缺陷的位置，F的高 矮一定程度上反应缺陷的大小。
探伤用的常规超声探头
直探头，斜探头，可变角探头、水浸探头， 组合探头，表面波探头，板波探头，聚焦探 头，阵列探头。
具体探伤时还可采用单探头（收发合置）或 双探头（一收一发）
超声探伤法
脉冲反射法探伤 脉冲反射法是将超声波振动持续时间很短（一 般为数微妙以下）的超声波脉冲射入被检体 ，利用被检体底面或内部缺陷的反射回波探 测反射源的位置和大小的方法。
③底面多次回波法 : 是利用超声脉冲在材料底面多次反 射被探头接收来进行探伤的，原理是，当材料中无缺 陷时，由于材料的衰减，超声脉冲高度逐次降低。若 材料中有缺陷时由于缺陷的反射和散射而增加了声损 耗，底面反射脉冲的次数减少。同时也打乱了各次底 面回波高度依次有规律的降低（如下图）
（a）无缺陷 （b）有缺陷 脉冲多次反射探伤