超声波的检测原理反射折射
超声波的反射和折射.
超声波的反射和折射
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，在另一种介质内继续传播。这样的两种情况 称之为声波的反射和折射，如下页图所示。
2
T
1c1 2c2 2
4 1c1 2c2
由式 $$$ 和式可知，若 1c1≈2c2 ，则反射系数 R≈0 ，透射系数 T≈1 ，此时声波几乎没有反射，全 部从第一介质透射入第二介质；若 2c2>> 1c1时， 反射系数 R≈1 ，则声波在界面上几乎全反射，透射 极少。同理1c1>>2c2时，反射系数R≈1，声波在界 面上几乎全反射。如20℃水温时，水的特性阻抗为 1c1=1.48×106Kg/(m2 ． s) ， 空 气 的 特 性 阻 抗 为 2c2=0.000429×106Kg/(m2 ． s) ， 1c1>>2c2 ， 故 超 声波从水介质中传播至水气界面时，将发生全反射。
由物理学知，当波在界面上产生反射时，入射 角 a 的正弦与反射角 a′ 的正弦之比等于波速之比。 当波在界面处产生折射时，入射角 a 的正弦与折射 角 b 的正弦之比，等于入射波在第一介质中的波速 c1与折射波在第二介质中的波速c2之比，即
入射波
介质1 介质2
a a′
0
反射波
b
折射波
超声波的反射和折射
sin a c1 sin b c2
声波的反射系数和透射系数可分别由如下两式求得：
I t 4 1c1 2c2 cos 2 a T I 0 1c1 cos b 2c2 2
2.7 超声波倾斜入射到界面的反射和折射
对于钢：cL1=5900m/s，CS1=3230m/s ， αⅢ 当 S ≥33.2°时，钢中横波全反射。
2.7.2 声压反射率
1.纵波倾斜入射到钢/空气界面的反射 纵波倾斜入射，当 L 60左右时产生一个较强的变型反射横波。 2.横波倾斜入射到钢/空气界面的反射 当 当
S 30左右时， SS
（1）第一临界角 1 （2）第二临界角αⅡ：
L 90
S 90
1 arcsin
cL1 cL 2
1 arcsin
cL1 cS 2
2.7.1 波型转换与反射、折射定律
由αⅠ 和αⅡ 的定义可知：
① < αⅠ 时，第二介质中既有折射纵波L″又有折射横波S″。 ②αⅠ ～αⅡ 时，第二介质中只有折射横波S″，没有折射纵波L″，这就是常用横波探 头制作和横波检测的原理。 ③ ≥αⅡ 时，第二介质中既无折射纵波L″，又无折射横波S″。这时在其介质的表 面存在表面波R，这就是常用表面波探头的制作原理。 例如，纵波倾斜入射到有机玻璃/钢界面时，有机玻璃中cL1=2730m/s，水中 cL1=1480m/s，钢中：cL2=5900m/s，cS2=3230m/s。则第一、二临界角分别为：
a 0
（1）纵波入射时，端角反射率都很低，这是因为纵波在端角的两次反射 中分离出较强的横波。 （2）横波入射时，入射角 30 或 60 附近时，端角反射率最低。 s 35 ~ 55 时，端角反射率达100%。
S
图2－45
图2－46
2.7.4 端角反射
超声波在两个平面构成的直角内的反射叫做端角反射。在端角反射中， 超声波经历了两次反射，当不考虑波型转换时，二次反射回波与入射波 P // P , 且 90 互相平行，即 P
超声成像技术的原理与应用
超声成像技术的原理与应用超声成像是一种通过声波的反射来获取生物组织图像的成像技术。
该技术已被广泛应用于医学、工业等领域，在医疗领域中，超声成像的使用频率极高，成为了常规医疗检查的一项重要手段。
本文将介绍超声成像技术的原理和应用。
一、超声成像的原理超声成像是利用超声波在物体内部传播的特性进行成像。
超声波是一种高频声波，它的频率一般在1-20MHz之间。
当超声波从一个介质传播到另一个介质时，会发生反射、透射和折射。
这种反射现象可以用于成像。
超声波在不同组织之间的反射能够提供关于组织内部形态和结构的信息。
超声波在不同组织中传播的速度不同，反射强度也不同，这些信息被接收器接收到后，经过信号放大、滤波、数字化处理等步骤，就可以在屏幕上显示出一幅组织的图像。
二、超声成像的应用1. 临床医疗中的应用超声成像是医学界最常用的成像技术之一。
它可以对人体各部位进行检查，如心脏、肝脏、肾脏、乳腺、甲状腺、骨骼等，在临床上有着广泛应用。
例如，心脏超声可以检测心肌和瓣膜的功能，是最常用的心脏疾病诊断方法之一；乳腺超声可以检测女性乳腺的异常组织，是乳腺癌早期诊断的重要手段。
此外，超声成像还可以用于产前检查，通过检查胎儿的心脏、脑部、肢体等器官的发育状况来判断胎儿是否存在异常情况。
2. 工业领域中的应用除了应用于医学领域，超声成像技术还有广泛的应用于工业制造中。
例如，在汽车制造过程中，超声成像可以用于检测轮轴、发动机零部件的内部缺陷和质量问题；在飞机制造中，超声成像则可用于检测航空发动机的叶片、涡轮、轴等重要部件，确保其安全性。
超声成像还可以应用于材料检测、无损探伤等行业，发挥着重要的作用。
三、超声成像技术的发展趋势随着科学技术的不断进步，超声成像技术也在不断改进和发展。
现代超声成像已经不仅仅只是对结构的检测，而是涉及到对功能、代谢等更多的方面的探测。
例如，现代超声心动图的应用已经不仅仅是对心脏结构的扫描，而是涉及到心肌活动、心脏血流动力学、器官灌注等多方面的检测。
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。
超声波检测裂纹原理
超声波检测裂纹原理
超声波检测裂纹原理是利用超声波在材料中传播时遇到裂纹或其他缺陷会发生反射、折射、散射等现象的特性来检测材料中的裂纹。
当超声波传播到材料中，如果材料中存在裂纹，裂纹会对超声波产生反射和折射。
超声波的传播速度在不同介质中不同，当超声波由一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象，折射角度与材料的声速有关，通过测量折射角度可以计算出裂纹的深度。
另外，当超声波遇到裂纹时，会产生散射现象。
散射会导致超声波的一部分从裂纹处散射回来，这些反射回来的超声波可以被接收器接收到。
通过接收反射回来的超声波信号，可以判断出材料中是否存在裂纹以及裂纹的位置、形状和大小。
综上所述，超声波检测裂纹的原理是利用超声波在材料中传播时遇到裂纹会产生反射、折射和散射等现象，通过测量这些现象可以确定材料中裂纹的存在及其相关参数。
超声波探测器原理
超声波探测器原理
超声波探测器的原理是利用超声波在介质中传播和反射的特性来探测目标物体或表面的性质和存在状态。
其工作过程可以概括为：发射超声波、接收反射波、测量波的传播时间和特性。
在超声波探测器中，一个发射器产生高频率的超声波，通常使用压电晶体或石英晶体作为发射器。
这些晶体会产生机械振动，从而在介质中发出超声波。
超声波具有高频率和短波长的特点，所以可以在多种介质中传播，包括空气、液体和固体。
一旦超声波遇到物体或表面，它会被物体吸收、反射或折射。
超声波探测器中的接收器会接收到这些来自目标物体的反射波，并将其转换成电信号。
接收器通常也是基于压电晶体或石英晶体的，它们将收到的超声波转换成电信号，然后通过电路进行放大和处理。
通过测量超声波发送和接收之间的时间间隔，可以确定超声波的传播时间。
然后，根据声速（超声波在介质中传播的速度）和时间，可以计算出超声波在介质中传播的距离。
通过对物体的距离和反射特性的分析，可以判断目标物体的性质、存在状态以及其他相关信息。
总之，超声波探测器利用超声波在介质中传播和反射的原理，通过发射和接收超声波来探测目标物体的性质和存在状态。
它在医学影像、工业检测、非破坏检测等领域具有广泛的应用。
超声波反射原理
超声波反射原理
超声波反射原理是一种利用超声波在介质中传播并发生反射的原理。
当超声波入射到介质的边界处时，一部分能量会被反射回来，而另一部分则会继续传播入射介质内部。
超声波的反射原理基于声学传导理论，即超声波传播过程中，能量以波的形式沿着介质中的分子传播。
当超声波遇到不同的介质或介质内部的接触界面时，由于介质的密度、弹性模量等性质的差异，会发生部分声能的反射和透射。
在超声波的反射过程中，波的传播速度和波长会发生变化，而频率则保持不变。
根据反射规律，入射角和反射角相等，即入射波束到达边界面时，其角度与反射波束离开边界面时的角度相等。
超声波反射原理在多个领域有广泛的应用，如医学超声、无损检测、地质勘探等。
在医学超声中，通过向人体内部发射超声波，利用反射波来获取人体内部结构的信息，从而进行诊断。
在无损检测中，超声波的反射可以用于检测材料中的缺陷、裂纹等问题。
在地质勘探中，超声波的反射可以用于判断地下地层的特征及变化。
总之，超声波反射原理是利用超声波在介质中传播并发生反射的基本物理现象，通过对超声波的反射进行分析和处理，可以获取到所需的信息，并应用于多个领域。
超声的物理原理
超声的物理原理
超声是利用超声波在物质中传播的特性进行成像和诊断的一种技术。
超声波是指频率超过人耳听力范围（20赫兹至20千赫兹）的声波。
它在物质中传播时，会发生多种现象和相互作用，其中包括反射、折射、散射、吸收等。
超声成像的物理原理主要包括超声波的发射和接收两个过程。
当超声波从超声换能器中传播到被检物体中时，会部分被物体吸收、散射和反射。
其中，被吸收的能量会转化为热能，散射的能量会在物体内部传播和衰减，而反射的能量则会返回到超声换能器中。
超声换能器既可以作为发射器发射超声波，也可以作为接收器接收反射的超声波。
在发射过程中，超声换能器中的压电晶体受到电压刺激后，会产生机械振动并将电能转化为超声能。
这些超声波以脉冲形式向被检物体传播。
在接收过程中，超声波端面与物体接触后，其一部分会被物体吸收或散射，剩下的部分则会以同样的形式返回到超声换能器中，并再次激励压电晶体振动。
这时，压电晶体将机械振动转化为电能，再通过电路放大和处理，最终形成可视化的超声图像。
超声成像的基本原理是利用超声波在不同组织和介质中传播的速度不同来反映不同组织的特性。
不同组织的声阻抗（声学阻力和密度的乘积）差异造成了超声波的反射和折射现象。
在图像中，不同组织或结构的反射强度不同，形成了明暗不同的区域，通过这些区域的分布和特征，医生可以判断出可能存在的病变和异常情况。
总之，超声成像利用超声波在物质中的传播特性和不同组织的声阻抗差异来形成图像，从而实现对组织结构和异常情况的检测和诊断。
这一成像技术在医学领域有着广泛的应用，并具有较高的安全性和无创性。
超声无损检测原理
超声无损检测原理超声无损检测是一种非常常见的检测方法，是通过向被测物体中注入超声波来探测材料中的缺陷和异常，以了解其内部结构和性能，从而对其进行检测和检验的一种技术。
这种技术的应用范围极为广泛，可以广泛应用于工业、医疗、科学研究等领域，成为现代科学中不可或缺的一部分。
超声无损检测原理是基于超声波在材料中传递、反射和干扰的物理原理。
具体来说，被检查物体表面会被涂上一层液体介质，这样可以将超声波的传递媒介扩大到整个被检查物体中。
超声波从探头中发射出来，穿过液体介质，在物体内部反射和散射，最终被探头接收到并通过处理显示出其散射反射的信号。
超声波在物体内部传递时会遇到不同密度和不同声速的组成部分，因而会出现反射和折射等现象。
当超声波遇到缺陷或裂纹时，它将被反射或折射。
这些反射或折射的超声信号会被探头接收到进行处理，进而显示出物体内部的结构和缺陷。
因此，如果物体中存在一些内部缺陷或异常，这些超声波会检测出来并反映出来。
此外，超声波的频率也是超声无损检测中一个重要的因素。
当超声波的频率越高，其穿透物质的深度就越浅，探测物体的灵敏度就越高。
但同时也要注意将频率适当的调整，使其能够适当地深入物质内部，并准确地反映出物体内部的缺陷和异常信息。
除了频率，物体的形状、结构和材质等因素也会影响超声无损检测的效果。
例如，当被检查物体较为薄、平整时，其内部的异常信息可以更加准确地被探测出来。
而当物体是晶体、复合材料或由多种材料组成时，超声波的反射和折射现象可能更加复杂，因此需要更加专业的仪器和技术来进行检测。
总的来说，超声无损检测原理是非常复杂的，需要在理论和实践中加以掌握和应用。
但是它无疑是一种非常重要的检测方法，可以在工业、医疗和其他领域中发挥着重要的作用和地位。
在今后的工作和学习中，需要更加深入地研究和了解该技术，并将其应用于实际的工作和应用中，从而推进社会和科技的发展进步。
超声波探伤仪工作原理
超声波探伤仪工作原理超声波探伤仪工作原理概述超声波探伤仪是一种非破坏性检测仪器，主要用于材料内部缺陷的检测。
其工作原理是利用超声波在不同介质中传播产生的反射、折射、散射等现象来判断材料的内部结构和性能。
超声波传播超声波是指频率超过20kHz的声波，在介质中的传播速度和方向与介质的密度、弹性系数、声阻抗等参数有关。
当超声波传播到不同介质边界时，会发生反射、折射和透射现象。
反射现象当超声波遇到介质边界时，一部分能量会被反射回来，形成回波。
回波的强度、声波传播时间以及回波的波形等信息可以反映材料内部的缺陷情况。
折射现象当超声波传播到介质边界时，如果两侧介质的声速不同，就会发生折射现象，即声波的传播方向发生改变。
利用折射现象可以测量材料的界面情况和孔隙率。
散射现象当超声波传播到材料中的颗粒或微小缺陷时，会发生声能的散射现象。
根据散射声的延迟时间、幅度和形态等特性，可以分析材料的缺陷类型和大小。
超声波探伤仪工作步骤超声波探伤仪主要包括发射器、接收器和控制系统。
其工作步骤如下：1.发射超声波信号：发射器产生高频率的脉冲超声波信号，通过探头将超声波传播到被测材料内部。
2.接收回波信号：超声波在材料内部传播时，如果遇到缺陷或界面，会产生回波信号。
接收器接收回波信号，并将其转换成电信号。
3.信号处理：接收器将接收到的电信号进行放大、滤波等处理，使其适合后续分析和显示。
4.分析和显示：经过信号处理后，将回波信号分析得到的数据进行计算和处理，生成图像或波形显示。
根据回波信号的特征，可以判断材料的缺陷类型、位置和尺寸。
应用领域超声波探伤仪广泛应用于工业领域的质量控制、产品检测等方面。
其主要应用领域包括：•金属材料检测：用于检测金属材料中的内部缺陷，如焊缝、裂纹等。
•塑料制品检测：用于检测塑料制品中的气泡、杂质等缺陷。
•非金属材料检测：如陶瓷、玻璃等材料内部的缺陷检测。
•航空航天领域：用于检测飞机、航天器等的结构和部件的缺陷情况。
超声波 探伤 原理
超声波探伤原理
超声波探伤是一种非破坏性检测技术，利用超声波在物体中传播的特性来检测物体内部的缺陷或异物。
其基本原理是利用超声波在不同介质中传播时发生反射、折射和散射的特性来探测物体的内部结构。
超声波探伤系统主要由超声发射器、接收器、探头和显示设备组成。
发射器通过产生高频振荡将电能转化为机械能，从而产生超声波。
超声波穿过探头发射到被测物体上，部分能量被材料吸收，其他部分则继续向前传播。
当超声波遇到物体内部的缺陷时，其传播路径会发生改变。
当超声波传播到缺陷处时，一部分能量将被反射回来，经过探头接收器接收并转换为电信号。
接收器将接收到的信号传输到显示设备上，并据此生成超声图像。
通过分析超声波的传播时间、幅度和频谱等特征，并与标准样品进行比对，可以确定物体内部的缺陷类型和位置。
这种技术广泛应用于钢铁、航空航天、汽车、电子等领域中，以实现对材料和产品质量的检测和评估。
超声检测原理
超声检测原理
超声检测原理是利用超声波在物体中的传播特性来实现对物体的非破坏性检测。
超声波是一种机械波，具有高频率和短波长的特点，其频率范围通常在20kHz至100MHz之间。
超声波在空气中的传播速度约为343m/s，而在固体材料中传播速度更高，所以超声波可以在物体内部迅速传播。
超声检测的原理可以分为两个方面：超声波的发射和接收。
超声波的发射通常通过压电式的超声发射器来实现。
当电压施加到压电晶体上时，会使晶体发生压力变化，进而引起晶体的机械振动，产生超声波。
超声波在发射器中发出后，经过传输介质（通常为液体，如水）传播到待检测物体表面。
超声波在物体中传播时会发生多种声学现象，如反射、折射、散射和衰减等。
当超声波遇到物体的界面时，部分能量会被反射回来，经过接收器转换为电信号。
接收器通常也采用压电晶体，其机械振动受到反射超声波的影响，进而产生电压信号。
这个电信号经过放大和处理后，可以用来分析物体内部的结构和缺陷情况。
通过控制超声波发射和接收的时间间隔，可以计算出超声波在物体内部传播的时间差，进而得到物体内部各个结构的深度信息。
通过分析接收到的超声信号，可以发现物体的内部缺陷、裂纹或材料的变化等情况。
总的来说，超声检测利用超声波的传播特性，通过发射和接收
超声波来实现对物体内部结构和缺陷的检测。
这种方法不需要对物体进行破坏性检测，具有可靠性和精确性的优势，因此被广泛应用于工业、医学等领域。
超声知识归纳总结
超声知识归纳总结超声技术是一种基于声波传播和反射原理的医学成像方法，它可用于诊断、评估以及监测疾病的发展。
本文将对超声知识进行归纳总结，包括超声原理、超声检查、超声诊断以及超声应用的领域等内容。
一、超声原理超声波是一种频率大于20kHz的声波，其传播速度和方向可以通过声速和入射角度来测量。
超声波经过物体后发生折射、反射、散射等现象，这些现象可用于形成超声图像，并提供有关被检查组织或器官的信息。
二、超声检查超声检查可以分为二维超声和三维超声。
二维超声是通过探头在患者体表上移动，获取不同角度的断层图像，并以此来观察和评估被检查部位的结构和功能情况。
三维超声则是通过使用探头进行快速扫描，获得更多角度的图像信息，从而生成真实三维图像。
在超声检查中，探头是承载超声波源和接收器的关键部件，其频率和形状的选择会根据被检查对象的不同而有所变化。
同时，患者和操作者的位置和姿势也会对超声图像的质量产生影响，因此操作者需要在检查过程中注意调整和优化。
三、超声诊断超声诊断是基于超声图像来分析和评估疾病情况的过程。
医生通过观察超声图像上的结构形态、血流情况、组织回声等特征来判断是否存在异常。
一般来说，正常组织通常呈现高回声，异常组织则可能呈现低回声、无回声或混合回声等。
超声诊断在很多领域中具有广泛的应用，如妇产科、心脏病学、消化系统、泌尿系统、肝胆胰脾等。
例如，超声在妇产科中可以用于孕妇孕期检查、胎儿发育评估、宫颈、子宫和卵巢病变的检查等。
四、超声应用领域1. 妇产科：超声在妇产科中被广泛应用，如孕妇常规检查、卵巢与宫颈病变检查等。
2. 心脏病学：超声心动图可以通过超声波图像来评估心脏结构和功能，用于检测心脏瓣膜疾病等。
3. 消化系统：超声可用于胆囊、肝胆胰脾等器官的检查和评估，例如胆囊结石、肝动脉瘤等。
4. 泌尿系统：超声在泌尿系统疾病的诊断和评估中有重要作用，如肾结石、前列腺增生等。
5. 乳腺病学：超声在乳腺疾病的检查中被广泛使用，如乳腺肿块的鉴别、乳腺纤维腺瘤的诊断等。
超声波探测实验实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解超声波的基本原理及其在探测中的应用。
2. 掌握超声波探测仪器的操作方法和使用技巧。
3. 通过实验，验证超声波探测技术在实际测量中的应用效果。
二、实验原理超声波探测技术是利用超声波在介质中传播的特性，通过发射、接收和反射等过程来获取被测物体内部结构信息的一种非接触式检测方法。
超声波探测的原理如下：1. 超声波的产生：利用压电换能器将电能转换为超声波能量。
2. 超声波的传播：超声波在介质中传播，遇到不同介质的界面时会发生反射、折射和透射等现象。
3. 超声波的接收：接收换能器接收反射回来的超声波信号。
4. 信号处理：通过信号处理技术，提取出有用的信息，如距离、速度、厚度等。
三、实验设备1. 超声波探测仪2. 超声波发射器3. 超声波接收器4. 试块（用于模拟被测物体）5. 计时器6. 示波器7. 数据采集器四、实验步骤1. 连接设备：将超声波发射器、接收器、探测仪和试块连接好。
2. 调整参数：根据实验要求，设置探测仪的频率、灵敏度等参数。
3. 放置试块：将试块放置在实验台上，确保其稳定。
4. 发射超声波：打开超声波发射器，向试块发射超声波。
5. 接收反射波：打开超声波接收器，接收试块反射回来的超声波信号。
6. 观察波形：使用示波器观察反射波波形，记录反射波的时间、幅度等信息。
7. 数据处理：根据反射波的时间和幅度，计算出被测物体的厚度、距离等参数。
8. 重复实验：改变试块的位置和角度，重复实验步骤，验证实验结果的准确性。
五、实验结果与分析1. 反射波时间：通过实验，我们得到了不同位置和角度下反射波的时间。
根据反射波时间和超声波在介质中的传播速度，可以计算出被测物体的厚度。
2. 反射波幅度：反射波幅度反映了超声波在试块中的衰减程度，从而可以判断试块内部是否存在缺陷。
3. 实验误差：实验过程中，由于设备精度、环境因素等原因，可能会产生一定的误差。
通过多次实验，我们可以分析误差产生的原因，并采取措施减小误差。
超声波垂直入射到界面的反射和折射
第5页
2.6.1 单一平界面反射率与透射率
以上讨论为超声波纵波垂直到单一平界面上声压、声 强反射率和透射率
一样适合用于横波入射情况, 但必须注意是在固体/液 体或固体/气体界面上, 横波全反射。因为横波不能在 液体和气体中传输。
超声波垂直入射到界面的反射和折射
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2.6.2薄层界面反射率与透射率
薄层界面反射透射示意图
超声波经过异质薄层时声压反射率和透射率不但与介质声阻抗和薄层声阻抗相 关, 而且与薄层厚度同其波长之比d2/λ2相关
超声波垂直入射到界面的反射和折射
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2.6.2薄层界面反射率与透射率
1.均匀介质中异质薄层（Z1=Z3≠Z2）
（1）等当，薄层d2厚 n度（22 为n为其整半数波）长时整，数r 倍0,时t ，1。超这声说波明全当透薄射层，两几侧乎介无质反声射阻，抗好相象 不存在异质薄层一样。这种透声层常称为半波透声层。
强透射率与薄层性质无关，好象不存在薄层一样
（2）
d2 (2n 1（) 42n为整数）时，且 Z2 Z1 Z3
时，此时T＝1，即声强透射
率等于1，超声波全透射。
直探头保护膜设计
超声波垂直入射到界面的反射和折射
第8页
2.6.3 声压往复透射率
在超声波单探头检测中, 探头兼作发射和接收超声波。探头发出超声波透过界面 进入工件, 在固/气底面产生全反射后再次经过同一界面被探头接收
这时探头接收到回波声压与入射波声压之比, 称为声压往复透射率T往
T往
Pa P0
Pt P0
Pa Pt
4Z1Z2 (Z2 Z1)2
声压往复透射率与界面两侧介质声阻抗相关, 与从何种介质入射到界面无关。界
2.7 超声波倾斜入射到界面的反射和折射
时的反射和折射
2.7.1 波型转换与反射、折射定律
• 当超声波倾斜入射到界面时，除产生同种类型的反射和折 射波外，还会产生不同类型的反射和折射波，这种现象称 为波型转换
图2—40 声波倾斜入射示意图
2.7.1 波型转换与反射、折射定律
当超声波垂直入射到光滑平界面时，将在第一介质中产生 一个与入射波方向相反的反射波，在第二介质中产生一个 与入射波方向相同的透射波。
超声波倾斜入射，折射波全反射，探头接收到的回波声压Pa 与入射波 声压P0之比称为声压往复透射率，常用T表示，T=Pa/P0。如图2－44 所示。
图2—44斜入射声压往复透射率示意图
2.7.3 声压往复透射率
• 图4—45为纵波斜入射至水/钢界面时的声压往复透射率与 入射角的关系图。图上表明，当纵波入射角小于 14.5°(第一临界角)时，折射纵波往复透射率不超过13％， 折射横波往复透射率小与6％。当纵波入射角为14.5°～ 27.27°(第二临界角)之间时，钢中没有折射纵波，只有折 射横波，其折射横波往复透射率最高不到20％。
由于在同一介质中纵波波速不变，因此 L L 。又由于在同一介质
中纵波波速大于横波波速，因此 L s, L S
（1）第一临界角αⅠ： L 90
1
arcsin
cL1 cL 2
（2）第二临界角αⅡ：
S 90
II
arcsin cL1 cS 2
图2—41 临界角示意图
•
横波入射产生变形纵波
2.7.2 声压反射率
1.纵波倾斜入射到钢/空气界面的反射 教材图2－42表示的是纵波斜入射到钢/空气时纵波声压反射
率0°与逐横渐波增声加压，反纵射波率L声随6压0入 反射射角率的从变1化.0逐。渐随下着降纵；波而入在射6角0从° 与70°之间纵波声压反射率达到极小值；纵波入射角继续 增大，纵波声压反射率又随之增大直到1.0。当入射角在 60度左右时产生一个较强的反射横波。 2.横波倾斜入射到钢/空气界面的反射 • 教材图2－43表示的是横波斜入射到钢/空气时的情况。随 着横波入射角从0°逐渐增加，横波声压反射率从1.0逐渐 下降；而在20°与30°之间横波声压反射率达到极小值； 横波入射角继续增大，横波声压反射率继续随之增大，当 横波反射角α’S≥33.2°时横波声压反射率等于1.0。
超声法的原理
超声法的原理超声法是一种利用超声波进行检测和成像的无损检测技术。
它具有非接触、无辐射、高灵敏度、高分辨率等优点，被广泛应用于医学、工业、航空航天等领域。
本文将详细介绍超声法的原理。
一、超声波的产生与传播超声波是指频率大于20kHz的机械振动波，它可以通过压电效应或磁致伸缩效应产生。
在压电效应中，当施加外电场时，晶体会发生形变，从而产生机械振动。
在磁致伸缩效应中，当施加外磁场时，材料会发生形变，从而产生机械振动。
超声波在物质中传播时会发生反射、折射和衍射等现象。
其传播速度与物质密度和弹性模量有关，一般来说，在固体中传播速度最快，在气体中最慢。
二、超声检测原理1. 超声波与物质的相互作用当超声波遇到物质时，会发生多种相互作用。
其中最重要的是声阻抗不匹配引起的反射和折射。
当超声波从一个介质传到另一个介质时，由于两个介质的声阻抗不同，会发生部分反射和部分透射。
反射和透射的比例取决于两个介质的声阻抗比值。
2. 超声波在物体内部的传播超声波在物体内部传播时，会遇到各种界面和缺陷，从而引起反射、散射、衍射等现象。
这些现象可以用来检测物体内部的结构和缺陷。
3. 超声波检测方法超声波检测方法主要包括脉冲回波法、相移法、频率扫描法等。
其中脉冲回波法是最常用的一种方法。
它利用超声探头向被检测物体发射短脉冲超声波，在物体内部产生多次反射后，探头会接收到回波信号。
根据回波信号的强度、时间延迟和形态等特征，可以判断出物体内部结构和缺陷。
三、超声成像原理1. 超声成像系统组成超声成像系统由超声发生器、探头、接收器、信号处理器和显示器等组成。
其中超声发生器用于产生超声波，探头用于将超声波发送到被检测物体内部，接收器用于接收回波信号，信号处理器用于对回波信号进行处理和分析，显示器用于显示成像结果。
2. 超声成像原理超声成像原理是利用超声波在物体内部的传播特性进行图像重建。
当探头向被检测物体内部发送一束短脉冲超声波时，它会在物体内部产生多次反射和散射。
超声波的检测原理反射折射
超声波的检测原理反射折射2超声波及超声检测原理2. 1超声波的基本性质通常人耳能听到声音的频率范围在20}20KHz之间，把超过20KHz的声波称为超声波。
超声波在本质上是一种机械波，所以它的产生必须依赖两个条件，一是有机械振动的声源，二是有能够传播振动的弹性介质。
波的种类是根据介质质点的震动方向和波动传播方向的关系来区分的。
超声波在介质中传播的波形有许多种，有纵波、横波、表面波等。
充满超声波的空间叫做超声场。
声压、声强度、声阻抗是描述超声场特征的几个重要物理量。
a.声压超声场中某一点在某一瞬间所具有的压强与没有超声场存在时的静态压强之差被称为声压，常用P表示，单位为帕。
超声波在介质中传播时，介质中每一点的声压随着时间t、距离x而变化，其公式为:pcvcxtwAwpp=--=)(sin式中P为介质的密度、必为介质的角频率C为超声波在介质中的波速，v为介质质点的振动速度。
可见声压的绝对值与波速以及角频率成正比。
b.声强度在垂直于超声波方向上的单位面积内通过的声能量被称为声强度，也称声强。
式中A为超声波的振幅。
从公式可见声强与质点振动的位移振幅的平方成正比，与质点振动的角频率的平方成正比。
C.声阻抗从声压的公式可见，在同一声压下辉越大，质点振动速度就越小，反之亦然，它反映了声学特性，故将声的乘积作为介质的声阻抗，以符号Z表示。
2. 1. 2超声波的速度及波长超声波在介质中的传播速度与介质的弹性模量及介质的密度有关，对一定的介质其弹性模量和密度为常数，故声速也是常数。
不同的介质有不同的声速。
超声波的频率、波长和声谏之间的关系如下:其中入超声波的波长、c为超声波的速度、f为超声波的频率。
2. 1. 3超声波的衰减超声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，其能量会逐渐减弱，这种现象叫超声的衰减。
从理论上讲，超声波能量衰减的起因有以下几个方面:a.由声束扩展引起的衰减在声波的传播过程中，随着传播距离的增大，非平面波的声束在不断扩展增大，因此单位面积上的声能(或声压)随距离的增大而减弱，这种衰减称为扩散衰减，扩散衰减仅取决与波的几何形状而与传播介质的性质无关。
应用超声波的原理
应用超声波的原理1. 概述超声波是一种频率高于人类听力范围的声波，其频率通常超过20kHz。
超声波在不同领域的应用越来越广泛，如医学、工业、无损检测等。
它的应用原理主要依赖于其特殊的物理特性和传播方式。
2. 超声波的特性超声波是一种机械波，通过分子振动的方式传播在介质中。
与可见光和电磁波相比，超声波具有以下几个特性：•高频率：超声波的频率通常高于20kHz，可以达到数十MHz，因此具有较短的波长；•直线传播：超声波在传播过程中遵循几何光学原理，呈直线传播；•反射和折射：超声波在两种介质之间传播时，会发生反射和折射现象；•吸收和散射：超声波在介质中逐渐被吸收和散射，传播距离有限；•可调节频率和幅度：超声波的频率和幅度可以通过控制发射源进行调节。
3. 超声波的应用3.1 超声波医学成像超声波在医学成像中得到了广泛应用，主要包括超声波检查和超声波治疗。
3.1.1 超声波检查超声波检查是一种无创的检测技术，通过超声波探头将超声波引入人体组织，利用声波在不同组织间的反射和折射，获取图像信息。
超声波检查被广泛用于妇科、产科、心脏、肝脏等疾病的诊断。
3.1.2 超声波治疗超声波治疗是利用超声波的局部加热效应进行医学治疗。
超声波通过发射源产生的能量可以聚焦在特定组织，通过局部加热来杀灭肿瘤细胞或改善血液循环。
3.2 超声波在工业中的应用3.2.1 无损检测超声波无损检测是一种常用的非破坏性检测技术，在工业领域得到了广泛应用。
通过超声波的传播和反射，可以检测到材料内部的缺陷、裂纹等问题，协助进行质量控制和安全评估。
3.2.2 流量测量超声波还被应用于流量测量领域，通过测量超声波在液体或气体中传播的速度，可以准确地计算出流体的流量，广泛用于供水管网、化工流程等领域。
3.2.3 清洗和清理超声波的高频振动可以产生微小的气泡在液体中爆破，并产生冲击波。
这种特性使得超声波被广泛应用于清洗和清理领域，可以去除粘附在物体表面的污垢，提高清洁效果。
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2超声波及超声检测原理2. 1超声波的基本性质通常人耳能听到声音的频率范围在20}20KHz 之间，把超过20KHz 的声波称为超声波。
超声波在本质上是一种机械波，所以它的产生必须依赖两个条件，一是有机械振动的声源，二是有能够传播振动的弹性介质。
波的种类是根据介质质点的震动方向和波动传播方向的关系来区分的。
超声波在介质中传播的波形有许多种，有纵波、横波、表面波等。
2.1.1超声场的特征量充满超声波的空间叫做超声场。
声压、声强度、声阻抗是描述超声场特征的几个重要物理量。
a.声压超声场中某一点在某一瞬间所具有的压强与没有超声场存在时的静态压强之差被称为声压，常用P 表示，单位为帕。
超声波在介质中传播时，介质中每一点的声压随着时间t 、距离x 而变化，其公式为:pcv cx t w Awp p =--=)(sin 式中P 为介质的密度、必为介质的角频率C 为超声波在介质中的波速，v 为介质质点的振动速度。
可见声压的绝对值与波速以及角频率成正比。
b.声强度在垂直于超声波方向上的单位面积内通过的声能量被称为声强度，也 称声强。
式中A 为超声波的振幅。
从公式可见声强与质点振动的位移振幅的平方成正比，与质点振动的角频率的平方成正比。
C.声阻抗从声压的公式可见，在同一声压下辉越大，质点振动速度就越小，反之亦然，它反映了声学特性，故将声的乘积作为介质的声阻抗，以符号Z 表示。
2. 1. 2超声波的速度及波长超声波在介质中的传播速度与介质的弹性模量及介质的密度有关，对一定的介质其弹性模量和密度为常数，故声速也是常数。
不同的介质有不同的声速。
超声波的频率、波长和声谏之间的关系如下:其中入超声波的波长、c 为超声波的速度、f 为超声波的频率。
2. 1. 3超声波的衰减超声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，其能量会逐渐减弱，这种现象叫超声的衰减。
从理论上讲，超声波能量衰减的起因有以下几个方面:a.由声束扩展引起的衰减在声波的传播过程中，随着传播距离的增大，非平面波的声束在不断扩展增大，因此单位面积上的声能(或声压)随距离的增大而减弱，这种衰减称为扩散衰减，扩散衰减仅取决与波的几何形状而与传播介质的性质无关。
b.由散射引起的衰减由于实际材料不可能是绝对均匀的，例如材料中有外来杂质、金属的第二相析出、晶粒的任意取向等均会导致整个材料声特性阻抗的不均，从而引起声的散射。
被散射的超声波在介质中沿着复杂的路径传播下去，最终将变成热能，这种衰减称为散射衰减。
C.由介质吸收引起的衰减超声波在介质中传播时，由于介质的粘滞性而造成质点之间的内摩擦，从而使一部分声能转换成热能。
同时，由于介质的热传导，介质的稠密和稀疏部分之间进行热交换，从而导致声能的损耗，以及分子弛豫造成的吸收，这就是介质的吸收现象，这种衰减称为吸收衰减。
超声波的衰减特性在探伤中有很实际的用途，如果能掌握经过介质后的超声波的性质，就可以对介质的特性进行某些判断。
2. 1. 4超声波在平面异质界面上的效应所谓异质界面，是只有两种声阻抗不同的介质所构成的界面，如气体液体界面、气体/固体界面、液体/固体界面以及不同固体界面等。
由于两种介质的声阻抗不一样，会产生反射、折射和衍射等现象。
例如:在电缆芯线上挤压绝缘材料时，钢模到绝缘材料为一个界面，绝缘材料到铜芯为另一个界面。
当超声波入射到一个光滑界面上时，产生反射;若发生在粗糙界面上时，产生波的散射。
超声波通过两种介质的界面时，一部分将被界透射波。
当超声波从一种介质传播到另一种介质时，其入射方向相对于异质界面而言，可以是垂直入射，也可以是倾斜入射。
当垂直入射时，只有反射和透射;当倾斜入射，除反射外，透射波要发生折射现象，同时伴随着有波型转换。
(1)单界面垂直入射时的情况:当声波垂直入射到两种不同介质的界面上时，将产生一个与入射方向相反的反射波和一个与入射方向相同的透射波，如图所示。
声波由单界面垂直入射示意图在两种介质界面上，用反射声压(振幅)Pr和入射声压Po的比值表示声压反射率R，即:在两种介质的界面上，用透射声压(振幅)P},和入射声压Po的比值表示声压透射率D，即:经过理论推导可知若Z1=Z2，因R≈0而D≈1，说明当界面两边声阻抗相同时，声波几乎没有反射，而全部从第一介质透射到第二介质。
当Z1<Z2时，如声波从水入射钢中，则R>0，反射声压只和入射声压Po同相位，在界面上入射声压Po与反射声压只叠加类似于驻波。
合成声压振幅P=Pr+Po，对于水Z1 =0.5 x106g/cm2 .s,钢以上计算结果表明，超声波垂直入射到水/钢界面时，其声压反射率R=0.935>0，声压透射率D=1.935>1似乎违反了能量守恒定律。
其实不然，界面两边应当平衡。
当Z1> Z2时，例如，声波从钢入水，声压反射系数说明反射波声压和入射波声压相位相反，其合成振幅减小。
应以钢和水为例:计算结果表明，当声波传播到两种介质声阻抗相差很大的界面上时，声波几乎全部被反射，无透射波。
(2)声波斜入射到平面上的反射和折射:当超声波与界面成一定角度入射时，在固体介质中将发生波形转换，原来入射的纵波在第一和第二介质中除有纵波外，还将被转换成横波，两种波形传播方向不同，如图2-2所示，并可按反射定律和折射定律计算:式中Cl1，是第一介质的纵波声速;Cl2 是第二介质的纵波声速;Cs1是第一介质的横波声速;Cs2是第二介质的横波声速。
根据反射定律和折射定律，可以改变入射角和第一介质的材料来获得横波、表面波、板波等各种不同的波形。
从公式可以得出纵波折射角可见，当Cl2大于Cl1时βl大于a1，若Cs2大于Cl1时βs大于a1，而在同种介质材料的条件βL大于βS。
如果增大入射角，折射角也随之增大，发生β= 900的现象，折射在界面上产生表面波;若继续增大入射角使βL大于900时，L纵波反射第一介质，而第二介质内就只有横波存在了。
2. 2超声换能器(1)超声换能器的定义、分类及工作原理顾名思义，换能器就是将一种能量转换为另一种能量，进行能量转换的器件。
超声换能器是在超声频率范围内将交变的电信号转换成声信号或将外部的声信号转换为电信号的能量转换器件。
超声换能器是超声检测装置中非常重要的一部分，它的性能和特点往往决定了超声检测的方法，对检测的效果有很大的影响。
超声换能器的种类很多，目前使用较多的是电气类中的压电型超声波发生器，而压电材料有单晶体的、多晶体复合的，如石英单晶体，钦酸钡压电陶瓷、错钦酸铅压电陶瓷复合晶体(PZT), PVDF等。
近年来，新型的PVDF压电薄膜材料得到了发展和应用，它除有良好的物理性能外，在厚度、面积上有很大的选择余地，而且有易于加工和频率范围宽的特点，常用来制成40KHz--300KHz的超声换能器，如德国Flowline公司LU3 0系列产品。
因此，目前压电材料呈现石英晶体、压电陶瓷多晶体及新型压电材料三方鼎立的局面。
压电型超声换能器是借助压电晶体的谐振来工作的，即晶体的压电效应超声波发生器是一个超声频电子振荡器，当把振荡器产生的超声频电压加到超声换能器的压电晶体上时，压电晶体组件就在电场作用下产生纵向运动。
压电组件振荡时，仿佛是一个小活塞，其振幅很小，约为(1一10 um) ,但这种振动的加速度很大，约(10-l0lg)，这样就可以把电磁振荡能量转化为机械振动能量，若这种能量沿着一定方向传播出去，就形成超声波。
当在超声换能器的两电极施加脉冲信号时，压电晶片就会发生共振，并带动谐振子振动，并推动周围介质振动，从而产生超声波。
相反，电极间未加电压，则当共振板接收到回波信号时，由逆压电效应，将压迫两压电晶片振动，从而将机械能转换为电信号，此时的传感器就成了超声波接收器。
在一般工业领域，超声波的发送和接收在同一个传感器中完成，这样不仅可以降低成本，而且在一定程度上减小了测量误差。
市售的超声波传感器有专用型和兼用型，专用型就是发送器用作发送超声波，接收器用作接收超声波。
兼用型就是接收一体，只一个传感器头，具有发送和接收超声波的双重作用。
市售超声波传感器的谐振频率(中心频率)有23KHz, 40KHz, 75KHz, 200KHz, 400KHz等几种。
谐振频率越高，距离分辨率也越高，但由于声衰减，测距范围将降低。
(2)超声换能器的主要性能参数衡量超声检测系统中的换能器，其性能参数比较多，但主要有两个:一是换能器的灵敏度，二是换能器的带宽。
前者取决于振型、换能器的材料及机械系统结构，后者是换能器的频率带宽特性，包括功率、声压、阻抗及敏度灵等随频率变化的带宽特性。
3常规超声波的检测方法就超声检测来说，由于使用的波形，发射和接收的方法、信号显示的方式和工件的藕合形式不同，可分为多种类型，但这些分类一般都是相互重叠的交叉的，所以，严格的分类是不大可能的，而也没有必要。
本章按其检测的基本原理可分为脉冲反射法(或叫回波法)、穿透法以及共振法三种方法来分析讨论。
3. 1脉冲反射法脉冲反射法是超声检测法中最基本的一种方法。
是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相同，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，由一个探头(或另外一个探头)接收回波，再把它变成电信号显示出来，这种方法叫脉冲反射法。
在脉冲反射法中，根据声束传播情况可分为直探法和斜探法;根据探伤所用波形可分为纵波探伤法、横波探伤法、表面波探伤法;根据探头个数和作用可分为单探头法、双探头法和多探头法;根据声祸合方式可分为直接接触法和水浸法等等。
由于这些方法具有各自的特点，所以广泛用来对金属和非金属材料及其制品进行无损检验。
脉冲反射法的工作原理如图3-1所示。
换能器发射的超声波在工件内部传播时，若遇有不同介质时，将发生反射。
反射信号的强度与反射率R的大小有关，而反射率R只与入射介质和反射介质的材料有关，由于反射信号通过的声程是一定的，结合其衰减公式分析，换能器获得的反射信号的强度也是一定的。
当工件无缺陷时，只有始发射脉冲波和底面反射回波，两者之间没有其它回波，这时可由两波间距确定工件的厚度。
如工件中间有缺陷，则会在始波和底波之间出现缺陷回波。
缺陷回波在时间轴上的位置可以确定缺陷在工件中的位置。
脉冲反射发的工作原理3. 2穿透法穿透法又叫透射法，是超声用于检测较早的一种方法，它是利用声波穿过被检物体的超声波的穿透率，进行测量或探伤检验的方法称为穿透法。
穿透法采用双探头，一个在工件或材料的这面作为发射，一个放在工件或材料的另一面作为接收超声波。
例如测纸张的厚度或探伤。
穿透法有连续波穿透法、脉冲穿透法和共振穿透法等。
此方法的优点是适用于薄工件，由于超声波传播路程仅为反射法的一半，故适用于检查衰减大的材料。