超声检测物理基础第二章7PPT课件
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超声成像原理课件
这与脉冲宽度有关（脉冲宽度=脉冲时 间×超声声速=波长），宽，则分辨率下降。 只有当两个障碍物（或病灶）相距大于脉冲 宽度的1/2时，超声才能分别产生两个回声。
2024/6/7
《超声成像原理》PPT课件
38
2、侧向分辨力
指在与声束轴线垂直的 平面上，在探头长轴方向上 的分辨力。能分辨相邻两点 （两个病灶）间的最小距离。
13
超声仪器
探头原理
定义：是将电能转换成超声能，同时将也可将超声能转 换成电能的一种器件。
2024/6/7
2006年6月5日星期一
《超声成像原理》PPT课件
收超声能 超声，转利 声能利换用 。量用成逆
转正超压 换压声电 成电能效 电效发应 能应射将 接将超电
14
14
超声场特性 P171 1、声轴 2、声束 3、束宽 4、近场及特性 5、远场及特性
2024/6/7
《超声成像原理》PPT课件
39
（3）横向分辨率（厚度分辨力）：
指在与声束轴线垂直的 平面上，在探头短轴方向的 分辨力。为与侧向分辨力在 一平面上，是相互垂方向轴 线上的分辨力。
2024/6/7
《超声成像原理》PPT课件
40
谢谢各位
2024/6/7
《超声成像原理》PPT课件
2024/6/7
《超声成像原理》PPT课件
8
超声原理
彩色编码技术是由红、蓝 、绿三种基本颜色组成，当频 移为正时，以红色来表示，而 兰色则表示负的频移。
图像特征
2024/6/7
在显示屏上以不同彩色显示不
《超声成像原理》PPT课同件的血流方向和流速。 P1899
9
超声仪器
探头原理
----压电效应P169
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2、侧向分辨力
指在与声束轴线垂直的 平面上，在探头长轴方向上 的分辨力。能分辨相邻两点 （两个病灶）间的最小距离。
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超声仪器
探头原理
定义：是将电能转换成超声能，同时将也可将超声能转 换成电能的一种器件。
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收超声能 超声，转利 声能利换用 。量用成逆
转正超压 换压声电 成电能效 电效发应 能应射将 接将超电
14
14
超声场特性 P171 1、声轴 2、声束 3、束宽 4、近场及特性 5、远场及特性
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（3）横向分辨率（厚度分辨力）：
指在与声束轴线垂直的 平面上，在探头短轴方向的 分辨力。为与侧向分辨力在 一平面上，是相互垂方向轴 线上的分辨力。
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超声原理
彩色编码技术是由红、蓝 、绿三种基本颜色组成，当频 移为正时，以红色来表示，而 兰色则表示负的频移。
图像特征
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在显示屏上以不同彩色显示不
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超声仪器
探头原理
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超声物理基础及图像基础.pptx
40-100MHz 用于生物显微镜成像，对眼活组织表面 下的显微诊断。
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（四）超声波的三个基本物理量
1、超声波的振态
超声波的振态在固体中有纵波 、横波 和表面波三种，而在液体和气
体中只有纵波振态，在超声诊断中应用的是超声纵波。
2、超声波的三个基本物理量
超声波有三个基本物理量，即波长（wave length,λ）,频率（f）和
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第7页/共67页
2、波长与介质的关系
（1）同一介质 不同频率的超声波，在同一介质内传播时其波长与频率成反比。 1MHz 的 超 声 波 在 人 体 软 组 织 中 传 播 时 ， 其 波 长 为 1.5mm 。 3MHz 的 超 声 波 在 人 体 软 组 织 中 传 播 时 ， 其 波 长 为 0.5mm 。 5MHz 的 超 声 波 在 人 体 软 组 织 中 传 播 时 ， 其 波 长 为 0.3mm ，
标志反向散射的数量和定量参数称为反向散射系数μb，定义为：
μb = 从组织中反向散射的能量
4）
(参考能量) (立体角) (距离)
（1-1-
式中：参考能量等于脉冲的总能量。
所以超声成像的回声来源是：超声波的背向散射及镜面反射。
3．红细胞散射 在研究红细胞运动规律时，反向散射（Back
scattering）是极有用的超声信息。
（a）传播声波的媒质（介 质）的分子 (b) 波长为λ的平面连续 压缩波的压力分布
图1-1-2质点振动传播声波
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(五) 声速、波长与介质的关系
1、声速与介质的关系
（1）.同一介质 不同频率的探头在同一介质中传播时声速基本相同。所以 用不同频率的探头检查肝脏时，声速基本相同。
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（四）超声波的三个基本物理量
1、超声波的振态
超声波的振态在固体中有纵波 、横波 和表面波三种，而在液体和气
体中只有纵波振态，在超声诊断中应用的是超声纵波。
2、超声波的三个基本物理量
超声波有三个基本物理量，即波长（wave length,λ）,频率（f）和
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2、波长与介质的关系
（1）同一介质 不同频率的超声波，在同一介质内传播时其波长与频率成反比。 1MHz 的 超 声 波 在 人 体 软 组 织 中 传 播 时 ， 其 波 长 为 1.5mm 。 3MHz 的 超 声 波 在 人 体 软 组 织 中 传 播 时 ， 其 波 长 为 0.5mm 。 5MHz 的 超 声 波 在 人 体 软 组 织 中 传 播 时 ， 其 波 长 为 0.3mm ，
标志反向散射的数量和定量参数称为反向散射系数μb，定义为：
μb = 从组织中反向散射的能量
4）
(参考能量) (立体角) (距离)
（1-1-
式中：参考能量等于脉冲的总能量。
所以超声成像的回声来源是：超声波的背向散射及镜面反射。
3．红细胞散射 在研究红细胞运动规律时，反向散射（Back
scattering）是极有用的超声信息。
（a）传播声波的媒质（介 质）的分子 (b) 波长为λ的平面连续 压缩波的压力分布
图1-1-2质点振动传播声波
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(五) 声速、波长与介质的关系
1、声速与介质的关系
（1）.同一介质 不同频率的探头在同一介质中传播时声速基本相同。所以 用不同频率的探头检查肝脏时，声速基本相同。
超声波检测理论基础培训课件
2/11/2024
超声波检测理论基础
12
机械波的主要物理量
4、周期T：声波向前传播一个波长距离时所需 的时间；
5、角频率ω： 其中频率和周期是由波源决定的，声速与传声
介质的特性和波型有关。
T 1 2π λ f ωc
2/11/2024
超声波检测理论基础
13
2.2 波的类型
2.2.1按波型分类 1、纵波L：介质中质点振动方向和波的传播方
2/11/2024
超声波检测理论基础
3
超声波的特点
超声波波长很短，这决定了超声波具有一些重要特性，使其能广 泛应用于无损检测。
1、 方向性好 超声波具有像光波一样定向束射的特性。 2、穿透能力强 对于大多数介质而言，它具有较强的穿透能力。
例如在一些金属材料中，其穿透能力可达数米。 3、能量高 超声检测的工作频率远高于声波的频率，超声波的能
如采用表面波探伤只能发现工件的表面缺陷。一般只 能发现距离工件表面两倍波长深度范围内的缺陷。
2/11/2024
超声波检测理论基础
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表面波
2/11/2024
超声波检测理论基础
17
2.2.2 按波形分类
波的形状是指波阵面的形状。 波线： 用波线表示传播的方向 波阵面：将同一时刻介质中振动相位相同的所
2/11/2024
超声波检测理论基础
24
2.4 超声波的传播速度
声速表示声波在介质中传播的速度，它与超声 波的波型有关，还与介质的密度和弹性模量有 关。声速是一个表征介质声学特性的重要参量。
2.4.1固体介质中的声速：纵波、横波和表面波 的声速主要是由介质的弹性性质、密度和泊松 比决定的，而与频率无关，不同材料声速值有 较大的差异。 在给定的材料中，频率越高，波 长越短。
超声波探伤幻灯片课件第二章超声波探伤物理基础
第一章 超声波探伤的物理基础
黄新超
河南省锅炉压力容器安全检测研究院 2010年4月
教学ppt
1
第一章 超声波检测的物理基础
教学ppt
2
超声波是一种机械波，是机械振动在介质中 的传播。
该章主要涉及几何声学和物理声学的基本定律
和概念。 几何声学：反射定律、折射定律、波形转换。 物理声学：波的叠加、干涉、衍射等
位置时，它并没有停止，而是越过平衡位置运动到相反方向的最
大位移；然后，再向平衡位置移动。
教学ppt
4
教学ppt
5
振动的表示：可用周期和频率表示振动的快慢； 用振幅表示振动的强弱。
– 周期T 振动物体完成一次全振动所需要的时间, 称为振动周期.单位：秒（S）
– 频率f 振动特物体在单位时间内完成全振动的 次数,称为振动频率.单位：赫兹（Hz）
ω：圆频率， ω=2πf=2π / T φ：初相位，即t=0时质点的相位 ωt+φ：质点在t时刻的相位 简谐振动方程描述了谐振动物体在任意 时刻的位移情况。
教学ppt
9
• 阻尼振动
– 在机械系统振动时，由于受到摩擦力或其他阻 力的作用，系统的能量会不断损耗，质量振动 的振幅逐渐减小，以至于振动停止。所以，阻 尼振动是一个比较普遍情况，也称为衰减振动。 (不符合机械能守恒)
– 波动是振动状态的传播过程，也是振动能量的传播 过程。这种能量的传播，不是靠质点的迁移来实现 的，而是由各质点的位移连续变化来逐渐传播出去 的。
教学ppt
15
• 机械波的主要物理量 波长 ：λ 单位：mm、m 同一波线上相邻两振动相位相同的质点间的距 离.或者说：沿着波的传播方向，两个相邻的同相 位质点间的距离。
黄新超
河南省锅炉压力容器安全检测研究院 2010年4月
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第一章 超声波检测的物理基础
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2
超声波是一种机械波，是机械振动在介质中 的传播。
该章主要涉及几何声学和物理声学的基本定律
和概念。 几何声学：反射定律、折射定律、波形转换。 物理声学：波的叠加、干涉、衍射等
位置时，它并没有停止，而是越过平衡位置运动到相反方向的最
大位移；然后，再向平衡位置移动。
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振动的表示：可用周期和频率表示振动的快慢； 用振幅表示振动的强弱。
– 周期T 振动物体完成一次全振动所需要的时间, 称为振动周期.单位：秒（S）
– 频率f 振动特物体在单位时间内完成全振动的 次数,称为振动频率.单位：赫兹（Hz）
ω：圆频率， ω=2πf=2π / T φ：初相位，即t=0时质点的相位 ωt+φ：质点在t时刻的相位 简谐振动方程描述了谐振动物体在任意 时刻的位移情况。
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• 阻尼振动
– 在机械系统振动时，由于受到摩擦力或其他阻 力的作用，系统的能量会不断损耗，质量振动 的振幅逐渐减小，以至于振动停止。所以，阻 尼振动是一个比较普遍情况，也称为衰减振动。 (不符合机械能守恒)
– 波动是振动状态的传播过程，也是振动能量的传播 过程。这种能量的传播，不是靠质点的迁移来实现 的，而是由各质点的位移连续变化来逐渐传播出去 的。
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• 机械波的主要物理量 波长 ：λ 单位：mm、m 同一波线上相邻两振动相位相同的质点间的距 离.或者说：沿着波的传播方向，两个相邻的同相 位质点间的距离。
超声检测物理基础第二章PPT课件
按波形分类
按检测方式分类
分为脉冲回声法、衍射时差法、共振 法等，不同的检测方式适用于不同的 检测对象和要求。
分为纵波、横波、表面波等，不同波 形适用于不同的检测目的和介质类型。
超声检测的应用领域
无损检测
对材料和部件进行非破坏性检测，如金属、 复合材料、陶瓷等。
工业检测
在工业生产过程中对产品进行检测，如焊接 质量、材料厚度等。
控制器
控制发射器和接收器的操作， 包括频率、脉冲宽度、增益等 参数的调节。
电源
为整个设备提供电能。
超声检测仪器的分类
按频率分类
可分为低频、中频和高频超声检测仪器。低频仪器主要用于材料厚度和材料内部缺陷的检测，高频仪器主要用于表面 和微观缺陷的检测。
按用途分类
可分为医用、工业用和科研用超声检测仪器。医用仪器主要用于人体内部器官和病变的检测，工业用仪器主要用于各 种材料的无损检测，科研用仪器主要用于科学研究和教学。
超声波的衰减特性
散射衰减
由于介质中存在不均匀分布的小颗粒或气泡等障碍物，超声波在传播过程中会发生散射现 象，导致能量衰减。散射衰减与声波频率的平方成正比。
吸收衰减
超声波在介质中传播时，会与介质发生相互作用，导致能量逐渐减少。吸收衰减与声波频 率和介质性质有关，随着频率的增加而增加。
其他衰减
除了散射衰减和吸收衰减外，超声波在传播过程中还可能受到其他因素的影响，如声波之 间的干涉、衍射等，这些因素也可能导致能量衰减。
利用高频超声波对物体进行微观层面的检测，可观察到物体内部的 细微结构。
05 超声检测标准与规范
国内外超声检测标准概述
国内超声检测标准
我国已经建立了一套完整的超声检测 标准体系，包括通用基础标准、方法 标准和产品标准等，为超声检测技术 的发展和应用提供了指导和规范。
超声基础知识ppt课件
换能器 监视器
超声的模式
Line 1 Line 2 Line 3 Line 4 Line 5 Line 6 Line 7 Line 8
Line
1 2 3 4 5 6 7 8
3. M模式： M模式中的M表示运动，M模式通过B模式图象来显示一个取样线，然后在以时 间为轴线的波形图上表示其运动状态。通常M模式用于检测心脏及胎儿的心率。 Transducer Transducer Transducer Transducer
•
•
电子扫描方式
探头的许多基元通过电子控制产生扫描波束并且通过延时线对波束进 行聚焦。
－线阵：用于小器官、血管及术中。 －凸阵：也称弯曲线阵，与线阵的区别在于 基元是弯曲的。用于腹部和妇产科。 特点： • 孔径大 • 近场视野宽 • 旁瓣影响小 特点： • 近、远场视野宽
－相控阵： 相控阵方式是通过连续变换延时线来得到产生超声波束的不同角度。主要用于心脏。
记录设备
探头
DSC
数字扫描转换器
录像机
打印机
彩色打印机
存储
硬盘、磁光盘 图象档案管理
1. 聚焦
名词解释
透镜
聚焦
发散
许多超声设备都有调整聚焦的功能，对感兴趣的 区域进行聚焦，从而使图象分辨率更高，图象更清晰。
超声系统的几种聚焦方式： －只在发射端聚焦（接收端：自动聚焦）：保持较高的帧频 －发射和接收端聚焦：可使图象质量更好，但是帧频很低 常用的聚焦方式：分段聚焦；动态聚焦；连续动态聚焦(CDF） 动态接收聚焦
• 压电效应：是指具有压电特性的材料(陶瓷、石英)
在受到外界压力后，在其受压端面产生电压；在其 端面施加交变电信号时，其端面会产生机械振动， 发出声波。
超声的模式
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3. M模式： M模式中的M表示运动，M模式通过B模式图象来显示一个取样线，然后在以时 间为轴线的波形图上表示其运动状态。通常M模式用于检测心脏及胎儿的心率。 Transducer Transducer Transducer Transducer
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电子扫描方式
探头的许多基元通过电子控制产生扫描波束并且通过延时线对波束进 行聚焦。
－线阵：用于小器官、血管及术中。 －凸阵：也称弯曲线阵，与线阵的区别在于 基元是弯曲的。用于腹部和妇产科。 特点： • 孔径大 • 近场视野宽 • 旁瓣影响小 特点： • 近、远场视野宽
－相控阵： 相控阵方式是通过连续变换延时线来得到产生超声波束的不同角度。主要用于心脏。
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彩色打印机
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1. 聚焦
名词解释
透镜
聚焦
发散
许多超声设备都有调整聚焦的功能，对感兴趣的 区域进行聚焦，从而使图象分辨率更高，图象更清晰。
超声系统的几种聚焦方式： －只在发射端聚焦（接收端：自动聚焦）：保持较高的帧频 －发射和接收端聚焦：可使图象质量更好，但是帧频很低 常用的聚焦方式：分段聚焦；动态聚焦；连续动态聚焦(CDF） 动态接收聚焦
• 压电效应：是指具有压电特性的材料(陶瓷、石英)
在受到外界压力后，在其受压端面产生电压；在其 端面施加交变电信号时，其端面会产生机械振动， 发出声波。
超声诊断物理基础ppt课件
多普勒频移的表达公式为： fd＝fR－f0＝±2Vcosθf0/C。
在公式中fd为多普勒频移， fR为反射频率，f0为入射频 率，V为反射物体运动速度， C为声速，θ为运动方向与入 射波之间的夹角。
20
频谱多普勒的应用
多普勒超声利用活动的目标产生频移，再从频移计算出运 动的速度。其中必须作角度的校正，否则，计算出的流速 全无意义， θ 角必须在60度以下，否则，即使作角度校正 其测值的可信度不高。
上式中由于声速不变，故频率和波长成反比。频率越高， 波长越短，穿透力越差，但分辨力越高，适合于浅表器官 的探查。频率越低，波长越长，分辨力越低，但穿透力越 好，适合于心脏等深部脏器的探查。
频率为单位时间内质点振动的次数，一般以每秒振动次数 表示，以Hz为单位，每秒振动一次为1Hz。
声速为单位时间波动传播的距离，常用单位为m/s。 人体软组织平均声速为：1540m/s，或近似于是1500m/s。 波长为两个相邻振动波峰间的距离，常用单位为m。
12
声波的特性－衍射
衍射：当障碍物的直径等于或 小于λ／2，超声波将绕过该障 碍物而继续前进，反射很少， 这种现象称为衍射或绕射。
13
声阻抗（impedance）
声阻抗（z）——指阻挡声波在介质中传播的力。公式： z = c · ρ c ——声速 ρ——介质的密度 可见声速越快，介质密度越高，声阻 抗越大。 超声波在界面上反射的大小与界面两边介质的声阻抗差及超声波的入 射角有关，人体软组织的声阻抗差异很小，只要有1‰。的声阻抗差， 便可产生反射。 通过接收反射和散射产生的回波，从而获得人体组织各层界面的位置、 形态及组织内部结构的信息，分析其特征及规律，可判断组织或脏器 病变的物理特征（如囊性、实性及囊实混合性），从而作出诊断。
在公式中fd为多普勒频移， fR为反射频率，f0为入射频 率，V为反射物体运动速度， C为声速，θ为运动方向与入 射波之间的夹角。
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频谱多普勒的应用
多普勒超声利用活动的目标产生频移，再从频移计算出运 动的速度。其中必须作角度的校正，否则，计算出的流速 全无意义， θ 角必须在60度以下，否则，即使作角度校正 其测值的可信度不高。
上式中由于声速不变，故频率和波长成反比。频率越高， 波长越短，穿透力越差，但分辨力越高，适合于浅表器官 的探查。频率越低，波长越长，分辨力越低，但穿透力越 好，适合于心脏等深部脏器的探查。
频率为单位时间内质点振动的次数，一般以每秒振动次数 表示，以Hz为单位，每秒振动一次为1Hz。
声速为单位时间波动传播的距离，常用单位为m/s。 人体软组织平均声速为：1540m/s，或近似于是1500m/s。 波长为两个相邻振动波峰间的距离，常用单位为m。
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声波的特性－衍射
衍射：当障碍物的直径等于或 小于λ／2，超声波将绕过该障 碍物而继续前进，反射很少， 这种现象称为衍射或绕射。
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声阻抗（impedance）
声阻抗（z）——指阻挡声波在介质中传播的力。公式： z = c · ρ c ——声速 ρ——介质的密度 可见声速越快，介质密度越高，声阻 抗越大。 超声波在界面上反射的大小与界面两边介质的声阻抗差及超声波的入 射角有关，人体软组织的声阻抗差异很小，只要有1‰。的声阻抗差， 便可产生反射。 通过接收反射和散射产生的回波，从而获得人体组织各层界面的位置、 形态及组织内部结构的信息，分析其特征及规律，可判断组织或脏器 病变的物理特征（如囊性、实性及囊实混合性），从而作出诊断。
超声波检测ppt课件
1全方位2低能量14发射探头接收探头直通波直通波上端点下端点底面反射波底面反射波埋藏缺陷的检测原理15扫查面开口缺陷的检测原理发射探头接收探头缺陷下尖端底面反射波底面反射波直通波中断无直通波16底面开口缺陷的检测原理发射探头接收探头直通波直通波缺陷上尖端底面反射波中断无底面反17层间缺陷的检测原理发射探头接收探头直通波直通波底面反射波底面反射波反射波反射信号18tofd扫查方式平行扫查非平行扫查偏置平行扫查发射探头接收探头探头架移动方向焊缝发射探头接收探头探头架移动方向焊缝发射探头接收探头探头架移动方向焊缝191表面开口裂纹224密集气孔235横向裂纹246根部未焊满257层间未熔合268根部未熔合tofdtechniquelackusiondefect279根部凹陷tofdtechniquerootconcavitydefect2810根部过厚tofdtechniqueoverpenetrationdefect29穿透法通常采用两个探头分别放置在试件两侧一个将脉冲波发射到试件中另一个接收穿透试件后的脉冲信号依据脉冲波穿透试件后幅值的变化来判断内部缺陷的情况
19
1、表面开口裂纹
1 2
1
2未焊透
1 2
3 4
1
2 13
42
完整版PPT课件
21
3、V形坡口根部未焊透
1
2 3
1
2 3
根部未焊透
完整版PPT课件
22
4、密集气孔
1
2
1
2
3
完整版PPT课件
23
5、横向裂纹
1 1
22
1
3
2
3
4
3
完整版PPT课件
24
6、根部未焊满
• 按选用超声波波型不同分为：纵波法、横波法、 表面波法超声检测；
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1、表面开口裂纹
1 2
1
2未焊透
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3、V形坡口根部未焊透
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根部未焊透
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4、密集气孔
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5、横向裂纹
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6、根部未焊满
• 按选用超声波波型不同分为：纵波法、横波法、 表面波法超声检测；
超声检测物理基础第二章7
R≈0
T≈1
特征阻抗相等，对声波来说，分界面好 像不存在，声波发生全透射。 在焊缝检测中，在基体和焊缝的结合处 无缺陷时是没有反射波的。
第七节
声波垂直入射到界面
a
Ⅱ
三、声波入射到介质层
b
Ⅲ
声学边界条件 Ⅰ 在x=0处，声压连续和法向质点速度 连续， 在x=d处，声压连续与法向质点速度 连续 声压反射率与透射率的表达式较复 杂，反射率与透射率不仅与介质的特性 阻抗有关，还与中间层的厚度与波长之 o 比有关。
2
薄层厚度为半波长的整数倍，薄层的声强透射率与薄 层的性质无关。 d ( 2 n 1) 2）当 4 并且 Z Z Z 4Z Z 有 T 1
2
2 1 3
1 3
(Z1
Z 1Z 3 Z2
)
2
即薄层厚度为四分之一波长的奇数倍，声波全透射， 称为四分之一匹配全透射。
第七节
声波垂直入射到界面
第七节
声波垂直入射到界面
p0
pr
空气 钢
2)当 Z 1 ＜＜ Z 2 这种界面属绝对硬界面 空气－钢
r p 1 rv 1
tp 2
tv 0
R≈1 T≈0 反射波声压与入射波声压大小相等, 相位相同;反射波的质点振动速度与 入射波的质点振动速度大小相等， 相位相反。 此时，发生全反射，入射波和反射 波叠加形成驻波
0 0
1 rp t p tp 1 rp Z Z2 1
1 rv t v 1 rv t v Z Z1 2
Pr Z 2 Z1 r p P0 Z 2 Z1 P 2Z 2 t p t P0 Z 2 Z1
超声波检测专业知识PPT课件
8
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。
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
超声检测通用技术
1
第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
2
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。
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
11
机械波的产生与传播
弹性介质模型
图2.3
12
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）
• 超声探头 晶片后粘贴阻尼块
阻尼振动
10
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 膜的振动等。
• 受迫振动刚开始时情况很复杂，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。
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。
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
超声检测通用技术
1
第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
2
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。
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
11
机械波的产生与传播
弹性介质模型
图2.3
12
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）
• 超声探头 晶片后粘贴阻尼块
阻尼振动
10
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 膜的振动等。
• 受迫振动刚开始时情况很复杂，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。
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Z1
超声波垂直入射时，在底面全 反射的条件下，声压往复透射 率与声强透射率在数值上相等.
声压往复透射率与界面两侧 介质的特性阻抗有关。
Pt
Pt Z 2
空气 Z0
v1 v2
法向速度与声压的关系为
1 p
vx
0
dt x
第七节 声波垂直入射到界面
1. 反射率和折射率的定义
反射率r
rp
Pr P0
rv
Vr V0
透射率t
tp
Pt P0
tv
Vt V0
根据边界条件、反射率和透射率的定义有
1 1
rp rp
Z 1
tp tp
Z2
1 1
rv rv
Z 2
tv tv
Z1
r
p
t
p
Pr
P0 Pt
P0
Z2 Z1
Z2 Z1 2Z2
Z2 Z1
rv
t
v
Vr
V0 Vt
V0
Z1 Z2
Z2 Z1 2Z1
Z2 Z1
结论：声波在分界面上反射与透射的大
小仅决定于媒质的特性阻抗。
第七节 声波垂直入射到界面
2.声强反射率与透射率的定义
反射率R 透射率T
Pr2
在分界面上取面积S、厚度足够 薄的质量元 M
压强差引起质量元的运动 dv
M( p10p2dv )s不可M 能无d限t 大
声压在分界处dt 连续 p1 p2
1c1
p1
2c2
p2
第七节 声波垂直入射到界面
法向速度
分界面两边的介质由于声扰动得到的法向
速度
v1
v2
因为两种介质保持恒定接触，有分界面
处的法向速度相等
层的性质无关。
2）当 d(2n1)2
并且
4
Z2 Z1Z3
有
T 4Z1Z3 1
(Z1
Z1Z3 Z2
)2
即薄层厚度为四分之一波长的奇数倍，声波全透射，
称为四分之一匹配全透射。
第七节 声波垂直入射到界面
四、声压往复透射率 定义
Pr P0 Pa
T往 ＝ P pa 0p p0 t p pa t (Z4 2Z 1Z Z2 1)2
声层称为半波透声层； 2）当 d(2n1)2 薄层厚度为四分之4一波长的奇数倍，声压透射率最低，即
声波几乎不能透过薄层；
3）当 Z 1 与 Z 2 相当，薄层厚度远远小于1，r=0, T=1发
生全透射；
4）当 Z 1 与 Z 2相同时，r=0,声波全透射。
结论：当厚度一定时，薄层的透声本领随频率变化。
在焊缝检测中，在基体和焊缝的结合处
无缺陷时是没有反射波的。
第七节 声波垂直入射到界面
三、声波入射到介质层
ab
声学边界条件 在x=0处，声压连续和法向质点速度 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
连续，
在x=d处，声压连续与法向质点速度
连续
声压反射率与透射率的表达式较复
杂，反射率与透射率不仅与介质的特性
阻抗有关，还与中间层的厚度与波长之
比有关。
oD
第七节 声波垂直入射到界面
p0
P e j(t k1x) 0
p1r
P e j(t k1x) 1r
p 2t P2t e j( t k2 x )
p2r
P e j(t k2x) 2r
p t
P e j ( t k 3 ( x D )) t
ab
ⅠⅡⅢ
p1i p2t
pt
p1r p2r
第七节 声波垂直入射到界面
2.薄层两侧介质不同
Z1 ≠ Z2 ≠ Z 3
声强透射率为
T
4Z 1Z 3
(Z 1Z 3)2co 22sd 22(Z2Z Z 1Z 23)2si2n 2d 22
第七节 声波垂直入射到界面
讨论 1）当
d n 2
2
T
4Z1Z3 (Z1 Z3)2
薄层厚度为半波长的整数倍，薄层的声强透射率与薄
p 0 空气 钢
p 空气－钢
rp 1 rv 1 t p 2 tv 0
r
R≈1 T≈0
反射波声压与入射波声压大小相等,
相位相同;反射波的质点振动速度与
入射波的质点振动速度大小相等，
相位相反。 此时，发生全反射，入射波和反射
p0 pr
波叠加形成驻波
第七节 声波垂直入射到界面
3) 当 Z 1 ＞ Z 2
oD
第七节 声波垂直入射到界面
讨论几种特殊的情况 1.均匀介质中的异质层
Z1 = Z 3 ≠ Z2
m为两种介质的特性阻抗 之比
1(m 1)2 sin2 2d
r
4m
2
1 1(m 1)2 sin2 2d
4m
2
t
1
11(m1)2sin2 2d
4m
2
第七节 声波垂直入射到界面
讨论：
1）当薄层d厚 n度2是2 半R波长0的整T数倍1，超声波全透射，这种透
水钢
pt
rp 0 rv 0 t p 0 tv 0
反射波声压与入射波声
压同相，反射波质点振
p0
动速度改变180度
Z1 0.15 Z2 4.5 rp 0.935 tp 1.935
p0 pr
R0.932 50.875T1R0.125
第七节 声波垂直入射到界面
2)当 Z 1 ＜＜ Z 2
这种界面属绝对硬界面
RIr I0
2Z1 P02
Pr2 P02
r2
(Z2 Z1)2 Z2 Z1
2Z1
Pt2
T It I0
2Z2 P02
Z1 Z2
pt2 p02
(Z42Z1ZZ21)2
2Z1
TR1 tr1
第七节 声波垂直入射到界面
3.介质的特性阻抗对反 射率和透射率的影响
1） Z 1 ＜ Z 2
可以把这种界面看成是
pr
硬界面 水－钢界面
pr
反射波声压与入射波声压
大小相等，相位相反；反
射波的质点振动速度与入
射波的质点振动速度大小
相等，1中形成驻波。
p 钢 空气 0
第七节 声波垂直入射到界面
5）当
Z1 ≈ Z2 rp rv 0
R≈0 T≈1
tp tv 1
特征阻抗相等，对声波来说，分界面好
像不存在，声波发生全透射。
这种界面称为软界面
pr
rp 0 rv 0 t p 0 tv 0
反射波声压与入
射波声压反相，反
射波质点振动速度
与入射波质点振动 pr p0 速度同相.
钢水
pt
p0
第七节 声波垂直入射到界面
4界）面当十分柔Z 1软＞＞钢Z-空2 气
rp 1 rv 1 t p 0 tv 2
R≈1 T≈0
第二章 超声检测的物理基础
2.7 超声波垂直入射到界面时的反射和透射 在两种介质的分界面上，产生两种波： 反射波：返回到原来介质中的波 透射波：透射到另一种介质中的波 研究内容： 界面上声压、声强的分配规律； 这种分配规律与两种介质的特性阻抗有
关。
第七节 声波垂直入射到界面
一、两种介质分界面的声学边 界条件