超声波检测
超声波检测基础知识
超声波检测基础知识简介超声波检测通常是指通过声波的反射、散射等物理现象对实物进行检测和分析的一种非破坏性检测技术。
超声波具有频率高、穿透力强、灵敏度高、特性稳定等优点，被广泛应用于工业、医学、环保等领域中。
超声波的基本原理超声波是指频率大于20kHz的声波。
超声波在物质中传播的速度受到物质密度、弹性模量和泊松比等因素的影响。
当超声波遇到物体表面或内部结构发生反射或散射时，会在探头中产生电信号，通过信号处理和分析，就可以获得物体的内部结构信息。
超声波探测技术超声波探测系统主要包含以下三个部分：超声发生器、超声探头和信号分析仪。
超声发生器负责产生超声波信号，超声探头负责将超声波信号传递到被测物体中，信号分析仪负责对超声波信号进行处理和分析。
超声波探测技术可以分为接触式和非接触式两种方式。
接触式超声波探测需要将超声探头直接贴附于被测物体表面，适用于对表面缺陷进行检测。
非接触式超声波探测通过传播空气中的超声波来检测物体内部结构，适用于一些特殊要求的场合。
超声波检测应用领域超声波检测技术被广泛应用于工业、医学、环保等领域。
在工业领域中，超声波检测技术可以用于检测金属、非金属材料的缺陷、变形等情况，被广泛应用于航空、汽车、管道等领域。
在医学领域中，超声波检测技术可以用于对人体内部组织器官进行检测和诊断，被广泛应用于心脏、腹部、肝脏等区域。
在环保领域中，超声波检测技术可以用于对大气、水等环境因素进行监测和分析。
超声波检测的优缺点超声波检测技术具有频率高、分辨率高、不破坏被测物体等优点。
同时，超声波检测技术也存在检测深度限制、检测结果易受表面状态影响等缺点。
因此，在选择超声波检测技术时，需要综合考虑其优缺点和适用场合。
超声波检测技术是一种非破坏性检测技术，具有广泛的应用领域和优点。
未来，随着科技的不断发展，超声波检测技术将会发挥更加重要的作用，为人们的生产生活带来更多的便利和贡献。
超声波的检测方法
超声波的检测方法
超声波的检测方法主要有以下几种：
1. 超声波探测：利用超声波的传播特性，通过发送超声波信号并接收回波信号来检测目标物体的位置、形状、尺寸等信息。
常见的超声波探测设备包括超声波探测仪、超声波传感器等。
2. 超声波成像：利用超声波的回波信号生成图像，用于观察和分析被测对象的内部结构。
超声波成像技术广泛应用于医学、工业、材料科学等领域。
常见的超声波成像设备包括超声波扫描仪、超声波探头等。
3. 超声波测厚：利用超声波在材料中传播的速度与材料的厚度成正比的关系，通过测量超声波的传播时间或回波信号的强度来确定材料的厚度。
超声波测厚广泛应用于金属、玻璃、塑料等材料的厚度测量。
4. 超声波流量计：利用超声波在液体或气体中传播的速度与流速成正比的关系，通过测量超声波的传播时间或频率变化来确定流体的流速。
超声波流量计适用于输送液体或气体的管道中流速的测量与控制。
5. 超声波检测缺陷：利用超声波在材料中传播的特性，通过检测超声波回波信号的变化来检测材料内部的缺陷、裂纹等。
超声波检测缺陷广泛应用于材料检测、焊接质量检验等领域。
除上述方法外，超声波还可用于测距、测速、液位控制等方面的检测。
超声波检测方案
超声波检测方案引言超声波技术是一种利用声波的频率超过人类听力范围（20kHz）的声波进行检测和测量的无损、非接触性方法。
它在工业、医疗、军事等领域有着广泛的应用。
本文将介绍超声波检测方案的原理、应用以及相关设备。
原理超声波检测的原理基于超声波在被测物体内的传播和反射。
超声波可以在材料中以驻波的形式传播，并且当超声波遇到不同介质之间的界面时，会发生反射、折射和透射。
当超声波穿过材料时，其传播速度会受到材料密度、弹性模量等因素的影响。
通过测量超声波在材料中的传播速度以及反射、折射的情况，可以获取材料的内部结构信息、缺陷和异物的位置、大小等。
超声波检测通常需要以下几种设备：1.超声波发生器和接收器：用于生成和接收超声波信号。
发生器将电能转化为超声波信号，接收器将超声波信号转化为电信号进行处理和分析。
2.超声波传感器：也称为探头或探测头，用于发射和接收超声波信号。
传感器的选择需考虑到被测物体的性质和要求。
3.数据采集系统：用于采集、处理和存储超声波信号。
数据采集系统通常包括模数转换器、信号处理器和存储器。
4.显示器和分析软件：用于显示和分析采集到的超声波信号。
显示器可以实时显示超声波信号的波形和参数，分析软件可以对信号进行进一步处理和分析。
超声波检测在各个领域有着广泛的应用，以下是几个常见的应用领域：工业领域在工业领域，超声波检测被广泛应用于材料的质量检测和结构监测。
例如，可以使用超声波检测方法对金属材料进行无损检测，发现裂纹、疲劳和腐蚀等缺陷。
此外，超声波检测还可以用于液体水平的测量、流速检测等。
医疗领域在医疗领域，超声波检测被广泛用于医学成像和诊断。
超声波成像可以以非侵入性的方式获取人体组织的内部结构，用于检测器官、血管、肿瘤等。
此外，超声波检测还可以用于心血管系统的评估、胎儿监测等。
地质勘探超声波检测在地质勘探中也有重要应用。
通过对地下岩层的超声波传输、反射和折射进行分析，可以获取地质结构、岩层性质以及可能的矿藏等信息。
超声波检测的波形分析
超声波检测的波形分析
一、超声波检测的原理
超声波检测是指利用超声波声压快速变化，来探测物体的材质和结构，及其缺陷，并做出相应的表示的检测方法和技术。
它是一种高频超声技术，它通过使用高频超声耦合到结构中，集中和分散发生，并通过给定的传感
器接受，来探测结构的材质、结构、缺陷种类及其大小等信息。
1、超声波检测中，有四类主要波形：A波形、B波形、C波形、D波形，它们分别代表的是不同的信号及特征，不同的波形通常被用来表示以
下特征：A波形表示表面引起的弹性驻波；B波形表示表面和内部引起的
弹性驻波；C波形表示表面的热驻波；D波形表示表面和内部的热驻波。
2、超声波检测波形分析还可以用来识别缺陷。
通过波形可以分析出
缺陷的大小、位置、形态等信息。
在对缺陷的测量时，波形的极值上或者
下限位置就可以用来确定缺陷的位置，通过计算波形的极值点的高度可以
得出缺陷的大小。
3、超声波检测还可以用来比较和对比不同样品的测量结果，这就需
要将不同样品的测量数据全部行拟合，以得到最佳的拟合曲线。
超声波检测
超声波检测
一.无损检测概述
1.原理 • 无损检测----在不损坏试件的前提下，对试
件表面及内部进行检查和测试的方法。
• 无损检测----通常包括磁粉检测、渗透检测、
射线检测和超声波检测等。
2.无损检测技术发展的三个阶段 • 无损探伤(NDI)： 探测和发现缺陷 • 无损检测(NDT)： 不仅仅是探测缺陷，还包括探测被检对象的 一些其他信息，例如结构、性质、状态等， 并试图通过测试，掌握更多的质量信息。
陷的回波，B表示底面回波。
B型显示显示的是试件的一个二维截面图，屏
幕纵坐标代表探头在探测面上沿一直线移动扫查
的位置坐标，横坐标是声传播的时间（或距离）。
该方式可以直观地显示出被探工件任一纵截面上 缺陷的分布及缺陷的深度等信息。
C型显示显示的是试件的一个平面投影图， 探头在试件表面做二维扫查，屏幕的二维 坐标对应探头的扫查位置。探头在每一位 置接收的信号幅度以光点辉度表示。该方 式可形象地显示工件内部缺陷的平面投影 图像，但不能显示缺陷的深度。
图2 超声波检测仪 (a)、 (b)、 (c) 数字式超声检测仪； (d) 探伤小车
3.2探头 直探头：主要检测钢板、锻件、铸件 斜探头：主要检测焊缝、锻件 （1） 超声波探头的作用。 超声波探头用于实现声能和电能 的互相转换。它是利用压电晶体的正、逆压电效应进行换 能的。探头是组成检测系统的最重要的组件，其性能的好 坏直接影响超声检测的效果。 （2） 常用超声波探头的类型。超声波检测中由于被探测工 件的形状和材质、探测的目的、探测的条件不同， 因而 要使用各种不同形式的探头。其中最常用的是接触式纵波 直探头、接触式横波斜探头、双晶探头、水浸探头与聚焦 探头等。一般横波斜探头的晶片为方形，纵波直探头的晶 片为圆形，而聚焦声源的圆形晶片为声透镜。 所以声场 就有圆盘源声场、聚焦声源声场和斜探头发射的横波声场。
超声波检测的三种基本方法
超声波检测的三种基本方法
超声波检测方法可以根据其原理分为以下三种：
1. 脉冲反射法：这种方法利用超声波探头发射脉冲波到被检测物体内，根据反射波的情况来检测物体缺陷。
它包括缺陷回波法、底波高度法和多次底波法。
2. 穿透法：这种方法依据脉冲波或连续波穿透物体之后的能量变化来判断缺陷情况。
穿透法常采用两个探头，一收一发，分别放置在物体的两侧进行探测。
3. 共振法：当声波（频率可调的连续波）在被检测物体内传播，当物体的厚度为超声波的半波长的整数倍时，将引起共振，仪器显示出共振频率。
当物体内存在缺陷或物体厚度发生变化时，将改变物体的共振频率，依据物体的共振频率特性，来判断缺陷情况和物体厚度变化情况。
以上内容仅供参考，建议查阅专业超声波书籍获取更全面和准确的信息。
《无损检测》超声波课件
环境控制
保持检测环境的清洁和干 燥，避免灰尘、潮湿等因 素对设备的影响。
04 超声波检测技术在实际应 用中的案例分析
金属材料的超声波检测
总结词
高效、准确、无损
详细描述
超声波检测技术广泛应用于金属材料的检测，如钢、铝、铜等。通过高频声波 的反射和传播特性，可以快速准确地检测出金属材料内部的缺陷、夹杂物和晶 界结构，为产品质量控制和安全性评估提供有力支持。
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超声波的接收与处理
超声波的接收
通过超声探头将超声波转换为电信号，便于后续的信号处理 。
信号处理技术
对接收到的电信号进行放大、滤波、检波等处理，提取出有 用的信息。
超声波检测的信号处理技术
信号预处理
对原始信号进行去噪、增益调 整等处理，以提高信号质量。
信号特征提取
提取出反映被测物体特性的信 号特征，如幅度、频率、相位 等。
超声波检测技术的挑战与机遇
技术创新
不断推动超声波检测技术的理论研究和应用创新， 提高检测精度和可靠性，拓展应用领域。
人才培养
加强超声波检测技术的人才培养和队伍建设，提 高技术人员的专业素质和技术水平。
市场拓展
加强市场推广和宣传，提高超声波检测技术的社 会认知度和市场占有率，促进产业发展。
THANKS FOR WATCHING
件等。
表面波探头
适用于检测材料表面和 近表面的细微缺陷，如
玻璃、陶瓷等。
兰姆波探头
适用于检测复合材料、 胶接结构等特殊材料的
缺陷。
超声波检测仪器的性能指标
频率
超声波的频率决定了检测的分辨率和 穿透能力，应根据不同的检测需求选 择合适的频率。
动态范围
超声波检测的基本方法
超声波检测的基本方法超声波检测是一种利用超声波在物体内部传播和反射的原理来获取有关物体结构和性质的一种无损检测方法。
它具有非接触、实时性强、灵敏度高、能够检测深部缺陷等优点，在工业、医学、材料科学等领域得到广泛应用。
下面将介绍超声波检测的基本方法。
1. 超声波的产生与传播超声波是指频率超过20kHz的声波，通常由压电材料产生。
压电材料在电场的作用下会发生压电效应，产生机械振动，从而产生超声波。
超声波在介质中的传播速度与介质的密度、弹性模量等有关。
2. 超声波的接收与处理超声波检测系统通常由超声波发射器、接收器和信号处理器组成。
超声波发射器将电能转化为超声波能量，发送到被测物体上。
被测物体对超声波进行反射、散射或透射。
接收器接收到反射回来的超声波信号，并将其转化为电信号。
信号处理器对接收到的电信号进行放大、滤波、增益调节等处理，以便分析和判断被测物体的结构和缺陷情况。
3. 超声波的探头和成像超声波检测中常用的探头有接触式和非接触式两种。
接触式探头直接接触被测物体表面，通过声波在物体内部的传播和反射来获取信息。
非接触式探头则无需直接接触被测物体，通过空气或水等介质传播超声波。
超声波成像是超声波检测中常用的方法之一，它通过探头的移动和超声波的传播来获取被测物体内部的结构信息。
成像过程中，探头发射超声波，接收到反射回来的超声波信号后，计算机对接收到的信号进行处理，并将其转化为图像显示出来。
超声波成像可以直观地显示出被测物体的结构和缺陷位置，对于工业检测和医学诊断有着重要意义。
4. 超声波的参数和特征超声波检测中常用的参数有声速、频率、幅度和相位等。
声速是超声波在介质中传播的速度，与介质的物理性质有关。
频率是指超声波的振动次数，频率越高，分辨率越高。
幅度是超声波的振幅，与被测物体的缺陷大小有关。
相位是超声波的相对偏移，可以用来判断被测物体的结构。
超声波的特征包括信号的幅度、声速、频谱和波形等。
信号的幅度可以用来判断被测物体的缺陷大小。
超声波无损检测概述
超声波无损检测概述超声波无损检测（Ultrasonic Testing，UT）是一种常用的无损检测方法，广泛应用于材料、结构和设备的评价和质量控制。
它利用超声波的传播特性，通过对材料内部缺陷的检测和测量来评估材料的完整性和性能。
超声波无损检测是一种非破坏性检测方法，不会对被检测材料造成损伤。
它基于超声波在材料中的传播和反射规律进行检测，通过分析声波在材料中的传播速度和幅度的变化，可以探测出材料中的各种缺陷，例如裂纹、夹杂、气泡等。
超声波无损检测的基本原理是利用声波在介质中传播的速度和振动形态来检测材料内部的缺陷。
在超声波检测中，一台超声波探头产生高频的声波短脉冲，并将其发送到被检测材料。
声波的传播速度受材料的密度、弹性模量、导热性等因素影响，当声波遇到材料的界面或内部缺陷时，部分声波能量会反射回来，并由探头接收。
探头接收到的反射波信号经过放大和处理后，可以得到材料中的缺陷信息。
根据声波的传播速度和反射振幅的变化，可以计算出缺陷的深度、大小和位置等参数。
同时，通过对声波的幅度和频率的分析，还可以评估材料的强度、硬度、粘度等性能指标。
超声波无损检测有许多优点。
首先，它是一种无损的检测方法，不会对被测材料造成任何损伤。
其次，超声波可以穿透较厚的材料，对内部缺陷的检测能力强。
此外，超声波的传播速度和振幅变化可以提供丰富的缺陷信息，能够准确评估材料的完整性和性能。
超声波无损检测广泛应用于各个行业和领域。
在制造业中，它常用于对焊缝、铸件、锻件等工件进行质量评估和缺陷检测。
在航空航天领域，它被广泛用于飞机结构、发动机零部件等重要部位的检测。
在能源行业，超声波无损检测可以用于对核电厂设备、水电站管道等进行安全评估。
在建筑行业，它可以用于对混凝土结构、钢桥梁等进行评估和检查。
总之，超声波无损检测是一种高效、可靠的无损检测方法。
它利用超声波在材料中的传播和反射规律，通过分析声波的传播速度和振幅变化，能够检测出材料中的缺陷并评估其完整性和性能。
超声波检测的工作原理
超声波检测的工作原理超声波检测是一种利用超声波传播特性进行检测的技术。
其工作原理基于超声波的传播、反射、折射等现象，并借助电子器件对超声波进行接收和处理。
超声波是指频率高于人类能听到的声波频率的声波，通常定义频率大于20kHz 的声波为超声波。
超声波具有短波长、高能量、方向性强等特点，在材料中的传播速度一般为1500-6000米/秒，这依赖于材料的密度和弹性系数。
超声波检测的基本原理是通过发射机产生超声波，并将其发射到被测物体上。
被测物体中的超声波会遇到不同的界面，如材料内部的缺陷、界面、气泡等，从而发生反射、折射、透射等现象。
这些现象会导致超声波的传播波束发生变化，通过接收器接收到反射回来的超声信号。
然后通过信号处理，将接收到的信号转换成图像或数字数据，通过分析和判断，最终确定被测物体的内部结构状况。
超声波检测的主要设备包括超声波发射器、接收器、控制系统和显示器等。
其中发射器是用来产生超声波的装置，其发射的超声波经过探头传播到被测物体；接收器用于接收被测物体反射回来的超声波信号，并将其转化为电信号；控制系统用于控制超声波检测的参数，如发射频率、增益等；显示器用于显示被测物体的超声波图像或数据。
超声波检测的工作流程一般为以下几个步骤：1. 参数设置：根据被测物体的不同特性，设置超声波检测的参数，如发射频率、探头类型、增益等。
2. 发射超声波：通过发射器发射超声波，其波束会在被测物体内部传播，与物体内部的缺陷、界面等发生相互作用。
3. 接收反射波：被测物体内部的缺陷、界面等会反射部分超声波，接收器接收到这些反射波，并将其转换为电信号。
4. 信号处理：通过信号放大、滤波、数字化等处理手段，将接收到的声波信号转化为可见的图像或数字数据。
5. 分析判断：通过对图像或数据的分析和处理，判断被测物体是否存在缺陷、界面等，并确定其位置、形状、尺寸等参数。
6. 结果展示：将分析和判断的结果，转化为图像或报告等形式，用于显示和存档。
超声波检测的基本方法
超声波检测的基本方法超声波检测是一种常用的无损检测技术，通过利用超声波的传播特性来检测材料内部的缺陷或异物。
本文将介绍超声波检测的基本方法，包括超声波的产生和传播、检测原理、设备和操作流程等方面。
一、超声波的产生和传播超声波是一种机械波，其频率高于人耳可听到的上限，一般在20kHz以上。
超声波的产生主要通过压电效应实现，即利用压电材料在电场作用下的形变产生机械振动，从而产生超声波。
超声波在材料中传播时，会遇到不同的界面和缺陷，其中包括反射、透射、折射和散射等现象。
通过对这些现象的分析，可以获取材料内部的信息，并检测出缺陷的位置、形状和尺寸等。
二、超声波检测的原理超声波检测的原理基于声波在材料中传播时的特性。
当超声波遇到材料内部的缺陷或异物时，会发生反射或散射，这些反射或散射的声波信号可以通过超声波探头接收到，并转化为电信号。
通过分析接收到的声波信号，可以判断材料内部的缺陷类型、位置和尺寸等信息。
根据声波的传播速度和接收到的信号强度，还可以对缺陷的性质进行初步判断。
三、超声波检测的设备和操作流程超声波检测通常需要使用超声波探头、超声波发生器和超声波接收器等设备。
超声波探头是将电信号转化为超声波信号的装置，超声波发生器用于产生超声波信号，超声波接收器用于接收和放大接收到的信号。
超声波检测的操作流程一般包括以下几个步骤：1. 准备工作：选择合适的超声波探头和超声波发生器，根据被测材料的特性进行设定。
2. 探头放置：将超声波探头放置在被测材料表面，保持与材料的接触。
3. 发射超声波：通过超声波发生器产生超声波信号，并将其发送到被测材料中。
4. 接收信号：超声波接收器接收到反射或散射的声波信号，并将其转化为电信号。
5. 信号处理：对接收到的电信号进行处理和分析，获取材料内部的信息。
6. 结果判断：根据信号处理的结果，判断材料是否存在缺陷或异物，并进行初步的定性和定量分析。
四、超声波检测的应用领域超声波检测广泛应用于工业领域，可以用于检测金属、塑料、陶瓷等材料中的缺陷或异物。
超声波检测
液体、气体介质中超声波的传播速度
1、声速： 液体和气体中只能传播纵波，其波速与容变弹性模量
和密度有关。 C B
2、声速与温度的关系 除水以外，液体中的声速随温度升高而降低；水中声
速随温度升高而升高。
一些材料中的超声波声速
材料 钢 水
铝
有机玻璃 电瓷 空气
纵波声速 （m/s）
5900 1400
纵波发射的超声场
讨论：晶片直径、声波波长（频率）与近 场长度、波束指向性的关系：
其声压幅值为
P
2P0
sin
(
RS 2 x2 x)
当 x 3时RS 2，/ 经简化处理得：
P P0RS 2 P0 FS
x
x
波源轴线上声压分布
1、近场区和近场长 波源附近由于波的干涉而出现的一系列声压 极大和极小值的区域称为近场区。圆盘源近场 区有n+1个极大值和n个极小值。 最后一个极大值至波源的距离称近场区长度。 其值为： N DS 2 DS 2 FS
质点振动方向与波的传播方向相互平行的波，也称压缩波、疏密波。 纵波传播时，质点受交变拉伸应力作用，质点之间发生相应伸缩形变 ，质点疏密相间。
纵波可在固体、气体和液体中传播。 固体介质能承受拉伸或压缩应力,因此固体介质可以传播纵波;液体和 气体虽不能承受拉伸和压缩应力,但能承受压应力产生的容积变化,因此液 体和气体也能传播纵波。
声阻抗可理解为介质对质点振动的阻碍作用。 三、声强I
单位时间内垂直通过单位面积的声能称为声强。
在同一介质中，超声波的声强与声压的平方成正比。
分贝与奈培
引起听觉的声强范围：10-16～10-4 W/cm2。 标准声强：引起听觉的最弱声强 I0=10-16 W/cm2 声强级：某点的声强I与标准声强I0之比的常用对数。单位：贝尔（B）。
超声波检测技术
CTS-8006
具有6个独立的发射－接收通道, 性能稳定可靠、抗 干扰能力强。仪器配合不同的机械传动装置，可实现 对钢管、钢板、机械零件等的自动化超声探伤。
2. 超声波探头
1)超声波探头功用
• 超声波探头：一种机械能和电能互相转换的换能
器。大多数探头是利用压电效应制作的。
• 超声波探头功能: 发生和接收超声波。
探头 缺陷
Ｔ Ｆ Ｂ
零件
显示器
超声波检测
1.超声波的定义
• 超声波是一种质点振动频率高于20kHz的机械波， 因其频率超过人耳所能听到的声频段（16Hz— 20kHz）而得名超声波。
• 由于能听到的声波频率不高，波长太大，所以用
于机械零件检测时可能在缺陷周围发生绕射而不 能检测出损伤。 • 而超声波频率极高，波长短，不会发生绕射漏检 问题。所以，都用超声波去检测工件缺陷。
2.超声波的特点
• 方向性好
• 穿透能力强
• 能量高
• 反射、折射和波型的转换
3.超声波的分类
1）按质点的振动方向分类 （1）纵波
（2）横波
（3）表面波
（4）板波
(a) 对称型
(b) 非对称型
波的类型 纵波
质点振动特点
传播介质
应 用
质点振动方向平 固、液、气体介 行于波传播方向 质
质点振动方向垂 直于波传播方向 质点作椭圆运动， 椭圆长轴垂直波 传播方向，短轴 平行于波传播方 向 上下表面：椭圆 运动, 中心：纵 向振动
方法早已被人们采用。如，用手拍西瓜，听是否
熟了；敲瓷碗，听是否裂了。声音反映物体内部
某些性质。
• 真正促使人类研究利用超声波进行探测的事件是
泰坦尼克号沉没事件。瑞查得森用在空气和水下
无损检测-超声波检测
（3）声强 单位时间内垂直通过单位面积的声能称为 声强, 常用I表示。单位是瓦/厘米2（ W/cm2）或焦耳/厘米2·秒（J/cm2·s）。
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三、超声波在异质界面的反射、透射、折射与波型转换 1.超声波垂直入射到单一平界面时的反射和透射 当超声波垂直入射到两种介质的界面时, 如图2-8所示 , 一部分能量透过界面进入第二种介质, 成为透射波（声强 为It）, 波的传播方向不变；另一部分能量则被界面反射回 来, 沿与反射波相反的方向传播, 成为反射波（声强Ir）。
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四、超声波的衰减特性
1. 扩散衰减
2.超声波在传播过程中, 由于声束的扩散, 使超声波的声
强随距离增加而逐渐减弱的现象称为扩散衰减。扩散衰
减仅取决于波阵面的形状, 与介质的性质无关。
3. 散射衰减
4.超声波在介质中传播时, 遇到晶粒的界面—晶界时产生
散乱反射引起衰减的现象, 称为散射衰减。当材质晶粒
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第一临界角: 如果CL2＞ CL1，当αL增加到一定程度 时， βL=90°，这时所对应的纵波入射角称为第一临 界角。 α1=arcsin(CL1/CL2) 第二临界角: CS2＞ CL1，当αL增加到一定程度时， β S=90°, 这时所对应的纵波入射角称为第二临界角。
αⅡ=arcsin(CL1/CS2）
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2.超声波倾斜入射到界面时的反射和折射
（1）纵波倾斜入射时的反射和折射 如图2-9所示，当纵波L以一定的入射角度倾斜入射 到固/固平界面时，除会形成反射的纵波与折射的 纵波外，还会转换出反射的横波与折射横波，超声 波的传播方向用波的传播方向与界面的法线的夹角 来描述，各种反射波和折射波的传播符合反射、折 射定律:
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无损检测-超声波检测概述
无损检测-超声波检测概述无损检测（Non-Destructive Testing，NDT）是指在不破坏材料和结构的前提下，通过对材料和结构进行检测、分析和评估，获得材料和结构损伤、缺陷以及性能状况的方法和技术。
无损检测广泛应用于工业生产、科研领域和安全监督等领域，可以提高产品质量和安全性。
超声波检测是无损检测中常用的一种方法，它利用声波在介质中传播的特性来检测材料和结构的内部缺陷和性能状态。
超声波检测主要包括超声波传播、超声波发射和接收、信号处理和数据分析等环节。
超声波是一种频率高于人耳听力范围的声波，它的频率一般在1MHz到1GHz之间。
超声波在材料中的传播速度与材料的密度、刚度、损耗和传播路径等有关。
当超声波遇到材料的界面或缺陷时，会发生反射、折射、衍射等现象，通过检测这些波的变化可以确定材料的缺陷位置、大小和类型等信息。
超声波检测通常需要使用超声发射和接收设备，其中超声发射器将电能转换为机械振动，通过与材料接触或间接耦合的方式将超声波传入材料中。
超声接收器将机械振动转换为电能，将接收到的信号发送到信号处理设备进行分析和评估。
在信号处理环节，需要对接收到的信号进行放大、滤波、增益调节、噪声剔除等操作，以提高信号质量和分辨率。
常用的信号处理技术包括时域分析、频域分析和图像处理等，可以提取出材料的相位、强度和幅度等信息。
超声波检测可用于材料的缺陷检测、定位和评估。
常见的超声波检测应用包括焊缝检测、铁轨检测、管道检测、混凝土结构检测等。
在焊接中，超声波可以用于检测焊缝中的裂纹、夹渣、气孔等缺陷；在铁路领域，超声波可以用于监测铁轨中的疲劳裂纹和应力腐蚀开裂等缺陷；在管道工程中，超声波可以用于检测管道壁厚、管道腐蚀和管道连接等问题；在混凝土结构中，超声波可以用于评估混凝土强度和检测混凝土中的裂纹和空洞等缺陷。
超声波检测具有检测灵敏、无污染、快速、准确和可视化等优点。
它可以检测到微小的内部缺陷，能够评估材料和结构的性能状态，并且可以实时显示和记录检测结果。
超声波检测报告
超声波检测报告
超声波检测是一种非破坏性检测方法，通过超声波在材料内部传播的特性来检
测材料的缺陷和性能。
本报告将对超声波检测的原理、方法和应用进行介绍，并结合实际案例进行分析。
首先，超声波检测的原理是利用超声波在材料中传播的速度和衰减特性来检测
材料的内部缺陷。
超声波在材料中传播时，会受到材料的密度、弹性模量、声波速度等因素的影响，从而产生反射、折射和透射等现象。
通过对超声波的接收和分析，可以确定材料内部的缺陷类型、位置和大小。
其次，超声波检测的方法包括脉冲超声波检测、相控阵超声波检测、多普勒超
声波检测等。
脉冲超声波检测是最常用的方法，通过发送短脉冲超声波并记录其回波信号来检测材料的缺陷。
相控阵超声波检测利用多个传感器阵列来实现对材料内部的全方位检测，适用于复杂形状和结构的材料。
多普勒超声波检测则是利用多普勒效应来检测材料内部的运动状态和速度。
最后，超声波检测在工业领域有着广泛的应用。
它可以用于检测焊接缺陷、材
料疲劳裂纹、混凝土内部空洞和裂缝等缺陷，也可以用于医学领域的超声波成像和诊断。
通过超声波检测，可以及时发现材料的缺陷和问题，保障产品质量和安全性。
综上所述，超声波检测是一种重要的非破坏性检测方法，具有广泛的应用前景。
通过对超声波检测原理和方法的深入了解，可以更好地应用于实际工程和科研中，为材料检测和质量控制提供可靠的技术支持。
超声波检测
超声波检测1 概述超声波检测也叫超声检测，Ultrasonic Testing缩写UT，超声波探伤，是五种常规无损检测方法的一种。
无损检测是在不损坏工件或原材料工作状态的前提下，对被检验不见的表面和内部质量进行检查的一种检测手段，Nondestructive Testing（缩写NDT）。
机械振动在介质中的传播过程叫做波，人耳能够感受到频率高于20赫兹，低于20000赫兹的弹性波，所以在这个频率范围内的弹性波又叫声波。
频率小于20赫兹的弹性波又叫次声波，频率高于20000赫兹的弹性波叫做超声波。
次声波和超声波人耳都不能感受。
超声波的特点：1、超声波声束能集中在特定的方向上，在介质中沿直线传播，具有良好的指向性。
2、超声波在介质中传播过程中，会发生衰减和散射。
3、超声波在异种介质的界面上将产生反射、折射和波型转换。
利用这些特性，可以获得从缺陷界面反射回来的反射波，从而达到探测缺陷的目的。
4、超声波的能量比声波大得多。
5、超声波在固体中的传输损失很小，探测深度大，由于超声波在异质界面上会发生反射、折射等现象，尤其是不能通过气体固体界面。
如果金属中有气孔、裂纹、分层等缺陷（缺陷中有气体）或夹杂，超声波传播到金属与缺陷的界面处时，就会全部或部分反射。
反射回来的超声波被探头接收，通过仪器内部的电路处理，在仪器的荧光屏上就会显示出不同高度和有一定间距的波形。
可以根据波形的变化特征判断缺陷在工件重的深度、位置和形状。
超声波探伤优点是检测厚度大、灵敏度高、速度快、成本低、对人体无害，能对缺陷进行定位和定量。
超声波探伤对缺陷的显示不直观，探伤技术难度大，容易受到主客观因素影响，以及探伤结果不便于保存，超声波检测对工作表面要求平滑，要求富有经验的检验人员才能辨别缺陷种类、适合于厚度较大的零件检验，使超声波探伤也具有其局限性。
超声波探伤仪的种类繁多，但脉冲反射式超声波探伤仪应用最广。
一般在均匀材料中，缺陷的存在将造成材料不连续，这种不连续往往有造成声阻抗的不一致，由反射定理我们知道，超声波在两种不同声阻抗的介质的界面上会发生反射。
超声波检测方案
超声波检测方案摘要：超声波检测是一种非接触式的检测技术，广泛应用于工业、医疗和科学研究领域。
本文介绍了超声波检测的原理和常见应用，并根据不同场景提出了一种可行的超声波检测方案。
引言：超声波检测是基于超声波在介质中传播特性和对物体的相互作用而实现的一种无损检测方法。
与传统的X射线、磁粒子检测等方式相比，超声波检测具有非接触、无辐射、高分辨率和实时性等优势，因此受到了广泛的关注和应用。
一、超声波检测的原理超声波是一种机械波，它是通过压电材料在交变电场的作用下产生的。
超声波通过发射器产生，并通过介质传播，然后通过接收器接收和转换成电信号。
超声波的传播速度与介质的密度和弹性有关，在不同介质中传播的速度不同。
超声波检测的原理可以通过声速和声阻抗来解释。
声速是指声波在介质中传播的速度，而声阻抗是指声波在两种介质之间传播时界面上的阻碍程度。
当声波从一个介质进入另一个介质时，如果两个介质的声阻抗不一致，就会发生声反射和折射现象。
通过测量声波的反射和折射情况，可以获取物体内部的结构和性质信息。
二、超声波检测的应用1. 工业领域：超声波检测在工业领域中被广泛应用于材料缺陷检测、焊接质量检测、液体流速测量、液位检测等方面。
例如，超声波可以用来检测金属材料中的裂纹、气孔等缺陷，从而保证产品的质量。
2. 医疗领域：超声波检测在医疗领域中被广泛应用于器官检测、血流测量、眼科检查等方面。
例如，超声波可以用来检测人体内部的器官异常，如心脏病变、肿瘤等。
3. 科学研究：超声波检测在科学研究领域中也有重要的应用。
例如，超声波可以用来研究材料的物理性质，如弹性模量、介质中传播的声波模式等。
三、超声波检测方案针对不同的应用场景，可以采用不同的超声波检测方案。
以下是两个常见的超声波检测方案：1. 脉冲回波法脉冲回波法是一种基于声波在被检测物体内部的传播和反射来获取信息的方法。
该方案通过发出一系列短脉冲的超声波信号，然后接收返回的声波来获取被检测物体的信息。
超声波检测的原理
超声波检测的原理超声波检测是一种通过通过在材料中发送和接收超声波来检测和评估材料内部缺陷和结构的无损检测方法。
它在工业领域广泛应用于金属、陶瓷、复合材料等材料的质量控制和缺陷检测。
超声波是一种频率高于人类听力范围的机械波，它的频率通常在1MHz至100MHz之间。
超声波在材料中传播时，会遇到不同类型的界面和缺陷，从而发生反射、折射、散射和干涉等现象。
利用这些现象，我们可以通过观察超声波在材料中的传播和反射来识别和评估材料中的缺陷和结构。
超声波检测主要依赖以下几个原理：1. 声速和声阻抗：不同材料的声速和声阻抗是不同的。
当超声波穿过不同材料的界面时，由于声阻抗不同，超声波会部分反射和折射。
通过测量这些反射和折射的信号，可以获得材料的声速和声阻抗信息。
2. 声波的散射和衍射：当超声波遇到小于其波长的缺陷时，它会发生散射现象。
被缺陷散射的超声波会沿着不同的方向传播，并在检测器上产生多个回波信号。
通过分析这些回波信号的幅值和时间延迟，可以确定缺陷的位置和大小。
3. 声波的干涉：当超声波遇到多个界面时，它们之间会发生干涉现象。
这种干涉现象可以用来评估材料的薄膜厚度、层析结构和界面质量等信息。
4. 脉冲回波法：超声波检测通常使用脉冲回波法。
在此方法中，超声探头产生短脉冲的超声波信号，并通过接收器接收反射回来的信号。
通过测量从发射到接收的时间延迟，可以确定材料中缺陷的深度。
同时，通过测量回波的幅值和形状变化，可以评估缺陷的大小和其他特征。
超声波检测的实施过程通常包括以下步骤：1. 选择适当的超声波探头和耦合介质，根据被检测材料的特性和检测要求。
2. 将超声波探头放置在被测材料的表面，并施加适当的探头压力，以确保接触良好。
3. 通过仪器控制器发送超声波信号，并接收通过材料传播和反射回来的信号。
4. 分析接收到的信号，通过比较其幅值、时间延迟和形状等特征，判断材料中的缺陷和结构。
5. 根据检测结果，对材料进行评估和判断，确定是否合格或需要进一步的处理。
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超声波探伤第一章 UT的物理基础第一节振动与波动一、振动：物体沿直线或曲线在某一平衡位臵附近作往复周期运动。
其快慢用周期和频率两个物理量来描述。
周期T：振动物体完成一次全振动所需的时间。
频率f：单位时间内完成的振动次数。
谐振动：最简单基本的直线振动。
二、波动：振动的传播过程。
分机械波和电磁波两大类。
超声波是一种机械波，产生机械波必须具备两个条件：波源和介质。
振动与波动的关系：振动是波动的根源；波动是振动的传播状态，也是振动能量的传播过程。
波长、频率和波速●波长、频率和波速●波长λ：同一波线上相邻两振动相位相同质点间的距离。
●频率f：波动过程中，任一给定点在1秒种内所通过的完整波的个数波动。
波动的频率数值上同振动的频率。
●波速C：波动中，波在单位时间内所传播的距离。
C=λf●次声波、声波和超声波1、划分：20～200002、超声波的应用探伤所用的频率一般在0.5～10M之间，金属材料检验一般1～5M超声波的特性：方向性好；能量高；能在界面上产生反射、折射和波型转换；穿透能力强。
利用超声波在物体中的多种传播特性，例如反射与折射、衍射与散射、衰减、谐振以及声速等的变化，可以测知许多物体的尺寸、表面与内部缺陷、组织变化等等，因此是应用最广泛的一种重要的无损检测技术--超声检测技术。
其它应用还有医疗上的超声诊断（如B超）、海洋学中的声纳、鱼群探测、海底形貌探测、海洋测深、地质构造探测、工业材料及制品上的缺陷探测、硬度测量、测厚、显微组织评价、混凝土构件检测、陶瓷土坯的湿度测定、气体介质特性分析、密度测定……等等。
第二节波的类型一、根据质点的振动方向分类1、纵波L：振动方向与传播方向平行。
压缩波、疏密波2、横波S：振动方向与传播方向垂直。
切变波3、表面波R：沿介质表面传播，质点作椭圆运动。
瑞利波按波的形状分：平面波、柱面波、球面波。
实际探伤活塞波，远场近球面波按振动持续时间分：连续波、脉冲波。
实际探伤脉冲波第三节超声波的传播速度超声波在同一介质中传播速度相同，与介质的弹性模量和密度有关。
一、固体介质中的声速（介质的尺寸对声速有影响）–不同介质，声速不同；弹性模量越大，密度越小，声速越大。
–声速与波的类型有关，同一介质中，CL>CS>CR–介质的温度、应力、均匀性影响声速。
铝、钢、聚枫的声速二、液体、气体介质中的声速液体、气体介质只能传播纵波，除水外，温度上升，声速下降。
液、气介质容变弹性模量愈大，密度愈小，声速越大。
声速的测量探伤仪法：利用时间刻度：反射法C=2d/t穿透法C=d/t*利用深度刻度：利用已知C P14测厚仪法：共振法、示波器法。
第四节波的迭加、干涉、衍射和惠更斯原理一、波的迭加在同一介质中传播的几列波在某点相遇，相遇处质点的振动是各列波引起振动的合成。
相遇后各列波仍保持各自的特性。
二、波的干涉（源附近出现声压极大极小值）f相同、振动方向相同、位相相同或位相差恒定的两列波（相干波）相遇时，某些地方质点振动互相加强而另一些地方互相减弱或完全抵消的现象。
三、惠更斯原理介质中波动传播到的各点分别是子波波源四、波的衍射（UT探伤的灵敏度）●波在传播过程中遇到与波长相当的障碍物能绕过障碍物边缘改变方向继续前进的现象，也称绕射。
●D<<λ D=λ D>>λ●弊：漏小缺；利：绕晶（铸，f小）超声探伤灵敏度约为λ/2。
第五节超声场的特征值●充满超声波的空间或超声振动所波及的部分介质叫超声场。
●特征值：声压、声强、声阻抗●声压P某一点有无超声波存在时的压强差。
探伤仪示波屏上的波高与声压成正比。
P=ρcu●声阻抗Z声压与振动速度之比。
Z=P/u=ρc声阻抗是表征介质声学性质的重要物理量，超声波在两种介质界面上的反射和透射情况与声阻抗紧密相关。
温度升高Z降低。
强I：单位时间内垂直通过单位面积的声能。
超声传播时，能量周期性变化；声强与频率的平方成正比，超声声强远大于可闻声波；同一介质中声强与声压的平方成正比。
第六节分贝和奈贝贝尔：某一声强与10-16瓦/厘米2之比的常用对数。
BeL分贝：1/10贝尔 dB用分贝值表示回波幅度间的相互关系，不仅可以简化运算，而且在确定基准波高后可直接用仪器衰减器读数表示缺陷相对波高。
因此分贝概念对UT有很重要的实用价值。
奈贝：对P2/P1或H2/H1取自然对数e=2.71828P22 例题第七节超声波垂直入射到界面时的反射和透射超声波在两种介质的分界面上，一部分能量反射回原介质，称反射波；一部分能量透过界面在另一介质中传播，称透射波。
一、单一界面的反射率与透射率由上式，声压或声强的分配比例仅与声阻抗有关常见界面上声压声强反、透射情况㈠Z2＞Z1（水/钢，水浸法）反、透射率都较高。
声压是力的概念，声强是能量㈡ Z2＜Z1（钢/水）声压透射率很低，反射率高。
声强与上同，垂直入射时声强反射率与从何种介质入射无关。
㈢ Z2＞＞Z1（钢/空气）几乎全反射，无透射。
-》耦合的重要性。
㈣ Z2≈Z1（母材/焊缝）几乎全透射，无反射。
-》熔合面无回波。
上述四条同样适用于横波，但固液固气全反射。
221111R r R T r R r t R T r t T -=-===-=+间的关系：、、、二、薄层界面的反、透射率●超声波会在薄层的两侧界面多次反、透射。
●超声波通过异质薄层时的声压反、透射率不仅与介质和薄层的声阻抗有关，还与薄层厚度与波长之比有关1、均匀介质中的异质薄层（Z1=Z3≠Z2）（缺陷）1）厚度为半波整数倍，全透射2）厚度为四分之一波长奇数倍，透射率低，反射率高。
●P27图●超声波对探测含有气体介质的缺陷如裂纹，灵敏度很高。
●薄层厚度一定时，频率增加，声压反射率也随着增加。
（提高频率对提高探伤灵敏度有利）2、薄层两侧介质不同的双界面(Z1≠Z2≠Z3)(晶片-保护膜-工件) 1）半波整数倍全透射2）四分之一波长奇数倍，如果Z2=（Z1Z3）1/2全透(保护膜)底面全反射的条件下*，数值上等于声强透射率。
只与两侧介质的声阻抗有关，差越小往越高。
往复透射率高，探伤灵敏度高。
P28 图第八节超声波倾斜入射到界面时的反射和折射波型转换：超声波倾斜入射到界面时，除产生同种类型的反射波和折射波外，还会产生不同类型的反、折射波。
●当αL＜αI 时，第二介质中即有折射纵波也有折射横波。
●当αL＝αI ～αII时，第二介质中只有折射横波，无折射纵波。
（横波探头）●αL≥αII时，第二介质内无折射纵、横波，在其表面存在表面波（表波探头）P31 例题二、声压反射率●斜入射时声压反、透射率不仅与介质声阻抗有关，还与入射角有关。
●钢空气界面 P32 图三、声压往复透射率P33 图 K1四、端角反射P33 图 K≯1.5第九节超声波的聚焦和发散一、声压距离公式球面波P=P1/x柱面波p=P1/sqr(x)平面波P=P1二、球面波在曲界面上的反、折射反射与光学相同折射第十节超声波的衰减●超声波在介质中传播随距离增加能量减弱的现象。
●一、衰减的原因波束扩散：取决于波阵面的形状，与介质的性质无关。
散射衰减：遇到声阻抗不同界面产生散乱反射引起衰减，与介质的晶粒密切相关。
吸收衰减：由介质中质点间的摩擦和热传导引起的衰减，也称粘滞衰减。
介质衰减指吸收和散射衰减。
●介质的吸收衰减与频率成正比。
●介质的散射衰减与频率、晶粒直径、各向异性系数有关。
●液体介质主要是吸收衰减，温度上升衰减系数减小。
介质衰减与介质的性质密切相关，在实际工作中根据底波次数来衡量材料衰减情况。
三、衰减系数的测定第二章超声波发射声场与规则反射体的回波声压只有当缺陷位于超声场内时，才有可能被发现第一节纵波发射场一、圆盘轴线波源辐射的纵波声场1、波源轴线上声压分布简化公式（x≥3R2/λ）：（1）近场区波源附近由于波的干涉而出现一系列声压极大极小值的区域。
●近场长度（N）：波源轴线上最后一个声压极大值至波源的距离。
处于声压极小值处的较大缺陷回波可能较低，而处于声压极大值处的较小缺陷回波可能较高。
容易引起误判甚至漏判。
因此应尽量避免在近场区探伤定量。
（2）远场区●波源轴线上至波源的距离x>N的区域。
远场区轴线上的声压随距离的增加而减小。
●X>3N时，干涉现象可忽略，声压与距离成反比。
2、波束指向性和半扩散角（1）超声远场中同一横截面上各点的声压不同，轴线上声压最高。
所以在实际探伤中波束轴线垂直缺陷时回波最高。
（2）圆盘源辐射声场中存在一些声压为零的圆锥面。
（P48 图2.4）（3）半扩散角以外的声场声压很低，能量集中在半扩散角以内。
以确定的扩散角向固定的方向辐射超声波的特性称为波束的指向性。
2θ0以内的波束称为主声束，位于主声束内的缺陷才容易被发现。
• 减小半扩散角有助于集中能量，提高探伤灵敏度。
由θ0＝70λ/D，D 、f 增大θ0减小；但由 D 、f 增大会导致近长长度N 增加，对探伤不利。
因此在实际探伤中需根据需要合理选择D 、f ，一般是在保证灵敏度的前提下尽可能减小近场区长度。
3、波束未扩散区与扩散区波束的扩散并非由声源开始，在波源附近存在一个未扩散区，长度b≈1.64N●P49 图2.5●未扩散区内波束不扩散，不存在扩散衰减。
（薄板试块前几次底波高度相差无几）二、矩形波源辐射的纵波声场2a边半扩散角2b边半扩散角近场区长度三、近场区在两种介质中的分布●实际探伤中，近场区分布在两种不同的介质中，如水-钢。
第二介质中的剩余近场长度：●例：用2.5MHz、φ14纵波直探头水浸探伤钢板，已知水层厚度为20mm，钢中 CL＝5900m/s，CS＝3230m/s，水中CL=1480m/s，求钢中近场区长度N。
四、实际声场与理想声场比较●理想声场：液体介质，波源活塞振动，辐射连续波。
●实际声场：固体介质，波源非均匀激发，辐射脉冲波。
●实际声场在远场区轴线上的声压分布接近理想声场。
在近场区内极大值远小于2P0，极小值远大于0，极值点的数量也明显减少。
（P52 图2.12）●实际声场与理想声场不同的原因：（1）理想声场的连续波在波源附近完全干涉，而实际声场的脉冲波不完全干涉或不干涉。
所以实际声场近场区声压变化幅度小，极值点少。
（2）脉冲波由不同频率的正、余弦波组成，不同f的声场极值点不同，互相迭加后总声压趋于均匀。
（ 3）实际声场非均匀激发，中心振幅大于边缘，产生的干涉小。
当波源激发强度按高斯曲线变化时，近场区无极值。
（高斯探头）（4）固体介质的迭加干涉小于液体介质。
第二节横波发射声场一、假想横波波源目前常用的横波探头一般是通过斜入射至界面的纵波波型转换来实现的，其声场由第一介质中的纵波声场与第二介质中的横波声场组成。
为了便于理解计算，将第一介质中的转化为与第二介质波束轴线重合的假想横波波源。