超声波问答题

问答题

1.将超声波直探头置于IIW1试块侧面上探测100mm距离的底波,如

下图所示在第一次底波与第二次底波之间前两个迟到波各是什么

波型?

2．何谓超声波？它有哪些重要特性？

答：频率高于20000Hz的机械波称为超声波。重要特性：①超声波

可定向发射，在介质中沿直线传播且具有良好的指向性。

②超声波的能量高。③超声波在界面上能产生反射，折射和波型转

换。④超声波穿透能力强。

3．产生超声波的必要条件是什么？

答：①要有作超声振动的波源（如探头中的晶片）。②要有能传播

超声振动的弹性介质（如受检工件或试块）。

4.在棒材圆周面上进行超声探伤时,第一次底波与第二次底波之间可见到有

两个迟到波,如下图所示,请指出这两个迟到波各是什么波型?

（前面为L-L-L波,后面为L-S-L波）

5．一个探头的标记为5I 20SJ 20DJ，试说明其中数字和字母的含义？

答：5：频率5MHZ；I：压电晶片材料碘酸锂单晶；20：圆晶片直径20mm；SJ：

水浸探头；20DJ：点聚焦，水中焦距20mm Array 6.画出下图中不同情况

下声波的收敛或发散的

情况:

（答案从略）

7.在下图中画出超声纵波从钛合金中以45°斜入射到钢中的反射与折射情况:

C钛L=6150m/s C钛S=3150m/s C钢L=5850m/s C钢S=3200m/s（答案从略）

8．液体中为什么只能传播纵波，不能传播横波？

答：凡能承受拉伸或压缩应力的介质都能传播纵波，液体虽然不能承受拉伸应力，

但能承受压应力而产生容积变化，故液体介质可传播纵波。介质传播横波时，介

质质点受到交变的剪切应力作用，液体介质不能承受剪切应力，故横波不能在液

体中传播。

9．简述影响超声波在介质中传播速度的因素有哪些？答：①超声波在介质中的传播速度与介质的弹性模量和介质的密度有关。对一定的介质，弹性模量和密度为常数。不同介质，声速不同。②超声波波型不同时，声速也不一样。同一介质，传播不同类型声波时，声速也不相同。③介质尺寸大小及介质温度对声速也有一定影响。

10．简述波的叠加原理？答：①当几列波在同一介质中传播并相遇时，相遇处质点的振动是各列波引起的分振动的合成，任一时刻该质点的位移是各列波引起的分位移的矢量和。②相遇后的各列波仍保持它们各自原有的特性（频率、波长、振幅、振动方向等）不变，并按照各自原来的传播方向继续前进。③波的叠加原理描述了波的独立性，及质点受到几个波同时作用时的振动的叠加性。

11．何谓超声波声场？超声波声场的特征量有哪些？答：充满超声波的空间或超声振动所波及的部分介质，称为超

声波声场。描述超声波声场的物理量即特征量有声压、声强和声阻抗。

声压：超声波声场中某一点在某一瞬时所具有的压强P与没有超声波存在时同一点的静压强P之差，称为该点的声压。

声强：单位时间内通过与超声波传播方向垂直的单位面积的声能，称为声强。常用I表示。

声阻抗：介质中某一点的声压P与该质点振动速度V之比，称为声阻抗，常用Z表示，声阻抗在数值上等于介质的密度与介质中声速C的乘积。

12．什么是波型转换？波型转换的发生与哪些因素有关？

答：①超声波入射到异质界面时，除产生入射波同类型的反射和折射波外，还会产生与入射波不同类型的反射或折射波，这种现象称为波型转换。②波型转换只发生在倾斜入射的场合，且与界面两侧介质的状态（液、固、气态）有关。

13．什么是超声波的衰减？引起超声衰减的主要原因有哪些？

答：超声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，超声波的能量逐渐减弱的现象称为超声波的衰减。衰减的主要原因：

①扩散衰减：由于声束的扩散，随着传播距离的增加，波束截面愈来愈大，从而使单位面积上的能量逐渐减少。这种衰减叫扩散衰减。扩散衰减主要取决于波阵面的几何形状，与传播介质的性质无关。②散射衰减：超声波在传播过程中，遇到由不同声阻抗介质组成的界面时，发生散射（反射、折射或波型转换），使声波原传播方向上的能量减少。这种衰减称为散射衰减。材料中晶粒粗大（和波长相比）是引起散射衰减的主要因素。③吸收衰减：超声波在介质中传播时，由于介质质点间的内磨擦（粘滞性）和热传导等因素，使声能转换成其他能量（热量）。这种衰减称为吸收衰减，又称粘滞衰减。

散射衰减，吸收衰减与介质的性质有关，因此统称为材质衰减。

14．什么是压电晶体？举例说明压电晶体分为几类？答：①某些晶体受到拉力或压力产生变形时，在晶体界面上出现电荷的现象称为正压电效应。在电场的作用下，晶体产生弹性形变的现象，称为逆压电效应。正、逆压电效应统称为压电效应。能够产生压电效应的材料称为压电材料。由于它们多为非金属电介质晶体结构，故又称为压电晶体。

②压电晶体分为：单晶体：如硫酸锂、碘酸锂、铌酸锂等。多晶体：如钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铝（PZT）等。

15．何谓压电材料的居里点？哪些情况要考虑它的影响？

答：①当压电材料的温度达到一定值后，压电效应会自行消失，称该温度值为材料的居里温度或居里点，用表示。同一压电晶体有不同的上居里温度和下居里温度。不同的压电晶体，居里温度也不一样。②对高温工件进行探伤时，应选用上居里点较高的压电晶片制作探头。在寒冷地区探伤时，应选用下居里点较低的压电晶片作探头。

16．探头保护膜的作用是什么？对它有哪些要求？答：①保护膜加于探头压电晶片的前面，作用是保护压电晶片和电极，防止其磨损和碰坏。②对保护膜的要求是：耐磨性好，强度高，材质衰减小，透声性好，厚度合适。

17．声束聚焦有什么优点？简述聚焦探头的聚焦方法和聚焦形式？

答：①聚焦的声束，声能更为集中，中心轴线上的声压增强，同时可改善声束指向性，对提高探伤灵敏度、分辩力和信噪比均为有利。②聚焦方法：凹曲面晶片直接聚焦采用声透镜片聚焦。③聚焦形式：点聚焦和线聚焦。

18.超声场分为几个区域？各个区域的主要特征是什么？用示意图注明简述之

[提示]超声场是由声源发射超声振动的空间而形成特殊场，它可以根据超声在空间各部位声压大小不同，形象地用图示方法表示出来（如下图a）：超声场分为近场和远场两大部份，其中主声束以锥体形状（犹如鲜花主瓣），近场区内主声束以外的称为副瓣。主声束的扩散角按零阶贝塞尔函数计算出其主瓣的锥角范围，即J1(X)=J1(kasinθ)，J1(X)有很多根，其中最小的根为X0=3.83，则

sinθ0=3.83/ka=(3.83/2π)(λ/a)=(3.83/π)(λ/2a) sinθ=1.22(λ/D) [D=2a--晶片直径，a为半径]，求出θ0值即为主瓣的扩散角（θ0），当用J2(X)、J3(X)……分别求出第一副瓣、第二副瓣……的扩散角θ1、θ2……等（如下图b），同样由sinθ=1.22(λ/D)求出，当S=b=1.64(D2/4λ)=1.64N时，主声束由晶片中心扩散到晶片边缘的距离（也可用二项式展开证明）（注：也有资料以1.67N为主声束由晶片中心扩散到晶片边缘的距离）