《超聲波檢測》PPT課件課件

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1、第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件第一章 超聲波檢測第一節(jié)第一節(jié) 超聲檢測的基礎知識超聲檢測的基礎知識 第二節(jié)第二節(jié) 超聲場及介質的聲參量簡介超聲場及介質的聲參量簡介第三節(jié)第三節(jié) 超聲場在介質中的傳播特性超聲場在介質中的傳播特性第四節(jié)第四節(jié) 由圓形壓電晶片產(chǎn)生的聲場簡介由圓形壓電晶片產(chǎn)生的聲場簡介第五節(jié)第五節(jié) 超聲波檢測方法超聲波檢測方法第六節(jié)第六節(jié) 超聲檢測技術的應用超聲檢測技術的應用 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件超聲波是超聲振動在彈性介質中傳播的機械波。與聲波超聲波是超聲振動在彈性介質中傳播的機械波。與聲波和次聲波在彈性介質

2、中的傳播類同，區(qū)別在于超聲波的頻率和次聲波在彈性介質中的傳播類同，區(qū)別在于超聲波的頻率高于高于20kHz。可聽聲波：可聽聲波：20-20000Hz，人耳可聽到的聲波范圍；，人耳可聽到的聲波范圍；次聲波：低于次聲波：低于20 Hz；超聲波：高于超聲波：高于20000Hz。 工業(yè)超聲檢測常用的工作頻率為工業(yè)超聲檢測常用的工作頻率為0.5-10MHz。較高的頻率。較高的頻率主要用于細晶材料和高靈敏度檢測，較低的頻率用于衰減較主要用于細晶材料和高靈敏度檢測，較低的頻率用于衰減較大和粗晶材料（大和粗晶材料（1MHz以下）。以下）。 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 第一節(jié)第一節(jié) 超聲檢測的基礎知識超聲

3、檢測的基礎知識第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件 超聲波波長很短，這決定了超聲波具有一些重要特性，超聲波波長很短，這決定了超聲波具有一些重要特性，使其能廣泛應用于無損檢測。使其能廣泛應用于無損檢測。1、 方向性好方向性好 超聲波具有像光波一樣定向束射的特性。超聲波具有像光波一樣定向束射的特性。2、穿透能力強穿透能力強 對于大多數(shù)介質而言，它具有較強的穿透能對于大多數(shù)介質而言，它具有較強的穿透能力。例如在一些金屬材料中，其穿透能力可達數(shù)米。力。例如在一些金屬材料中，其穿透能力可達數(shù)米。 3、能量高能量高 超聲檢測的工作頻率遠高于聲波的頻率，超聲波超聲檢測的工作頻率遠高于聲波的頻率，超

4、聲波的能量遠大于聲波的能量。的能量遠大于聲波的能量。 4、遇有界面時，將產(chǎn)生反射、折射和波型的轉換遇有界面時，將產(chǎn)生反射、折射和波型的轉換。利用超聲。利用超聲波在介質中傳播時這些物理現(xiàn)象，經(jīng)過巧妙的設計，使超聲波在介質中傳播時這些物理現(xiàn)象，經(jīng)過巧妙的設計，使超聲檢測工作的靈活性、精確度得以大幅度提高。檢測工作的靈活性、精確度得以大幅度提高。 5、對人體無害對人體無害。 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 一、超聲波的特點一、超聲波的特點第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件（一）描述超聲波的基本物理量（一）描述超聲波的基本物理量 超聲波的產(chǎn)生依賴于做高頻機械振動的超聲波的產(chǎn)生依賴于做高

5、頻機械振動的“聲源聲源”和傳播機械和傳播機械振動的彈性介質，所以機械振動和波動是超聲檢測的物理基礎。振動的彈性介質，所以機械振動和波動是超聲檢測的物理基礎。 1、聲速、聲速c：單位時間內，超聲波在介質中傳播的距離；：單位時間內，超聲波在介質中傳播的距離； 超聲波的速度就是聲音的速度超聲波的速度就是聲音的速度,即聲在空氣即聲在空氣(15)中的速度是中的速度是340米米/秒秒,只不只不過它們的頻率不同而已過它們的頻率不同而已 ；超聲波在；超聲波在20 的鋼中是的鋼中是5200米米/秒秒;在鋁中的傳播速度在鋁中的傳播速度為為5100米米/秒。秒。2、頻率、頻率f：單位時間內，超聲波在介質中任一給定點

6、所通過完整：單位時間內，超聲波在介質中任一給定點所通過完整波的個數(shù)；波的個數(shù)；3、波長、波長：聲波在傳播時，同一波線上相鄰兩個相位相同的質點：聲波在傳播時，同一波線上相鄰兩個相位相同的質點之間的距離；之間的距離； 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 二、超聲波的分類二、超聲波的分類第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件4、周期、周期T：聲波向前傳播一個波長距離時所需的時間；：聲波向前傳播一個波長距離時所需的時間；5、角頻率、角頻率： 其中頻率和周期是由波源決定的，聲速與傳聲介質的特性和其中頻率和周期是由波源決定的，聲速與傳聲介質的特性和波型有關。波型有關。 上述各量之間的關系：上述各量

7、之間的關系：cfT21 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 f2第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件（二）超聲波的分類（二）超聲波的分類超聲波的分類方法很多，主要有：超聲波的分類方法很多，主要有： 按介質質點的振動方向與波的傳播方向之間的關系分類；按介質質點的振動方向與波的傳播方向之間的關系分類； 按波振面的形狀分類；按波振面的形狀分類； 按振動的持續(xù)時間分類等。按振動的持續(xù)時間分類等。 其中，按按介質質點的振動方向與波的傳播方向之間的關其中，按按介質質點的振動方向與波的傳播方向之間的關系分類是研究超聲波在介質中傳播規(guī)律的重要理論依據(jù)，將著系分類是研究超聲波在介質中傳播規(guī)律的重要理論

8、依據(jù)，將著重討論。重討論。 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件脈沖波連續(xù)波按振動持續(xù)的時間分類球面波柱面波平面波按波的形狀分類型型板波表面波橫波縱波系分類波的傳播方向之間的關按質點的振動方向與聲AS 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 超超聲聲波波的的分分類類第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件超聲波的波型超聲波的波型超聲波的波型指的是介質質點的振動方向與波的傳播方向超聲波的波型指的是介質質點的振動方向與波的傳播方向的關系。按波型可分為縱波、橫波、表面波和板波等。的關系。按波型可分為縱波、橫波、表面波和板波等。 1 1、縱波。介質中質點

9、的振動方向與波的傳播方向相同的、縱波。介質中質點的振動方向與波的傳播方向相同的波叫縱波，用波叫縱波，用L L表示。介質質點在交變拉壓應力的作用下，質表示。介質質點在交變拉壓應力的作用下，質點之間產(chǎn)生相應的伸縮變形，從而形成了縱波。縱波傳播時，點之間產(chǎn)生相應的伸縮變形，從而形成了縱波。縱波傳播時，介質的質點疏密相間，所以介質的質點疏密相間，所以縱波有時又稱為壓縮波或疏密波?？v波有時又稱為壓縮波或疏密波。 聲音在空氣中的傳播是縱波。聲音在空氣中的傳播是縱波。 固體介質可以承受拉壓應力的作用，因此可以傳播縱波，固體介質可以承受拉壓應力的作用，因此可以傳播縱波，液體和氣體雖不能承受拉應力，但在壓應力作

10、用下產(chǎn)生容積的液體和氣體雖不能承受拉應力，但在壓應力作用下產(chǎn)生容積的變化，因此液體和氣體介質也可以傳播縱波。變化，因此液體和氣體介質也可以傳播縱波。 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件縱波（縱波（Longitudinal waveLongitudinal wave） 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件2 2、橫波。介質中質點的振動方向垂直于波的傳播方向的波、橫波。介質中質點的振動方向垂直于波的傳播方向的波叫橫波，用叫橫波，用S S或或T T表示。橫波的形成是由于介質質點受到交變切表示。橫波的形成是由

11、于介質質點受到交變切應力作用時，應力作用時， 產(chǎn)生了切變形變，所以產(chǎn)生了切變形變，所以橫波又叫做切變波橫波又叫做切變波。 液體和氣體介質不能承受切應力，只有固體介質能夠承受液體和氣體介質不能承受切應力，只有固體介質能夠承受切應力，因而橫波只能在固體介質中傳播，不能在液體和氣體切應力，因而橫波只能在固體介質中傳播，不能在液體和氣體介質中傳播。介質中傳播。 如抖動繩子時如抖動繩子時 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件 橫波（橫波（Transverse wave） 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件3 3

12、、表面波（瑞利波）。當超聲波在、表面波（瑞利波）。當超聲波在固體介質中傳播固體介質中傳播時，時， 對對于有限介質而言，有一種沿介質表面?zhèn)鞑サ牟幢砻娌?。介質于有限介質而言，有一種沿介質表面?zhèn)鞑サ牟幢砻娌ā＝橘|表面的質點作橢圓運動。表面的質點作橢圓運動。橢圓的長軸垂直于波的傳播方向，短橢圓的長軸垂直于波的傳播方向，短軸平行于波的傳播方向，介質質點的橢圓振動可視為縱波與橫軸平行于波的傳播方向，介質質點的橢圓振動可視為縱波與橫波的合成。波的合成。瑞利首先對這種波給予了理論上的說明，因此表面瑞利首先對這種波給予了理論上的說明，因此表面波又稱為瑞利波波又稱為瑞利波（Rayleigh wave），常用，

13、常用R表示。如采用表面表示。如采用表面波探傷只能發(fā)現(xiàn)工件的表面缺陷。波探傷只能發(fā)現(xiàn)工件的表面缺陷。 表面波（表面波（Surface wave） 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件4 4、板波（蘭姆波）。、板波（蘭姆波）。 在板厚和波長相當?shù)膹椥员“逯袀鞑サ某暡ń邪宀ㄔ诎搴窈筒ㄩL相當?shù)膹椥员“逯袀鞑サ某暡ń邪宀? (或或蘭姆波蘭姆波) )。板波傳播時聲場遍及整個板的厚度。板波傳播時聲場遍及整個板的厚度。 薄板兩表面薄板兩表面質點的振動為縱波和橫波的組合，質點的振動為縱波和橫波的組合， 質點振動的軌跡為一橢圓，質點振動的軌跡為一橢圓，在薄板的中間

14、也有超聲波傳播。板波按其傳播方式又可分為在薄板的中間也有超聲波傳播。板波按其傳播方式又可分為對稱型（對稱型（S S型）和非對稱型（型）和非對稱型（A A型）兩種，這是由質點相對于型）兩種，這是由質點相對于板的中間層作對稱型還是非對稱型運動來決定的。板的中間層作對稱型還是非對稱型運動來決定的。 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件板波板波（Plate wave）(a) 對稱型；對稱型； (b) 非對稱型非對稱型 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 薄板中部質點以縱薄板中部質點以縱波形式振動和傳播波形式振動和傳播薄板中部質點以橫薄板中部質點以橫波形式振

15、動和傳播波形式振動和傳播S型型A型型第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件連續(xù)波與脈沖波連續(xù)波與脈沖波 連續(xù)波是介質中各質點振動時間為無窮時的波。脈沖波是連續(xù)波是介質中各質點振動時間為無窮時的波。脈沖波是質點振動時間很短的波，質點振動時間很短的波，超聲檢測中最常用的是脈沖波超聲檢測中最常用的是脈沖波。對脈。對脈沖波進行頻譜分析，可知它并非單一頻率，而是包括多種頻率沖波進行頻譜分析，可知它并非單一頻率，而是包括多種頻率成分。其中人們關心的頻譜特征量主要有峰值頻率、頻帶寬度成分。其中人們關心的頻譜特征量主要有峰值頻率、頻帶寬度和中心頻率。和中心頻率。 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 第

16、6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件超聲波的幾個概念超聲波的幾個概念超聲波由聲源向周圍傳播的過程可用超聲波由聲源向周圍傳播的過程可用波陣面波陣面進行描述。進行描述。 在無限大且各向同性的介質中，振動向各方向傳播，在無限大且各向同性的介質中，振動向各方向傳播， 用用波線波線表示傳播的方向；將同一時刻介質中振動相位相同的所有質點表示傳播的方向；將同一時刻介質中振動相位相同的所有質點所連成的面稱為所連成的面稱為波陣面波陣面；某一時刻振動傳播到達的距聲源最遠；某一時刻振動傳播到達的距聲源最遠的各點所連成的面稱為的各點所連成的面稱為波前波前。在各向同性介質中波線垂直于波在各向同性介質中波線垂直于

17、波陣面陣面。在任何時刻，波前總是距聲源最遠的一個波陣面。在任何時刻，波前總是距聲源最遠的一個波陣面。 波波前只有一個，而波陣面可以有任意多個。前只有一個，而波陣面可以有任意多個。 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 平面波平面波柱面波柱面波球面波球面波第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件波線、波線、 波前與波陣面波前與波陣面(a) 平面波；平面波； (b) 柱面波；柱面波； (c) 球面波球面波 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件根據(jù)波陣面的形狀根據(jù)波陣面的形狀( (波形波形) )，可將超聲波分為，可將超聲波分為平面波、柱面平面波、柱面

18、波和球面波波和球面波等。等。 平面波即波陣面為平面的波，而柱面波的波陣面為同軸圓平面波即波陣面為平面的波，而柱面波的波陣面為同軸圓柱面，球面波的波陣面為同心球面。當聲源是一個點時，在各柱面，球面波的波陣面為同心球面。當聲源是一個點時，在各向同性介質中的波陣面為以聲源為中心的球面。向同性介質中的波陣面為以聲源為中心的球面。 可以證明，球面波中質點的振動幅度與距聲源的距離成反可以證明，球面波中質點的振動幅度與距聲源的距離成反比。比。 當聲源的尺寸遠小于測量點距聲源的距離時，可以把超聲當聲源的尺寸遠小于測量點距聲源的距離時，可以把超聲波看成是球面波波看成是球面波。 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測

19、 第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件一、描述超聲場的物理量一、描述超聲場的物理量 充滿超聲波的空間，或在介質中超聲振動所波及的質點充滿超聲波的空間，或在介質中超聲振動所波及的質點占據(jù)的范圍叫占據(jù)的范圍叫超聲場超聲場。為描述超聲場，常用的物理量有：。為描述超聲場，常用的物理量有：聲聲壓、聲強、聲阻抗、質點振動位移和質點振動速度壓、聲強、聲阻抗、質點振動位移和質點振動速度。 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 第二節(jié)第二節(jié) 超聲場及介質的聲參量簡介超聲場及介質的聲參量簡介第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件1、 聲壓聲壓p當介質中有超聲波傳播時，由于介質質點振動，使介質當介質

20、中有超聲波傳播時，由于介質質點振動，使介質中壓強交替變化。中壓強交替變化。超聲場中某一點在某一瞬時所具有的壓強超聲場中某一點在某一瞬時所具有的壓強p1與沒有超聲波存在時同一點的靜態(tài)壓強與沒有超聲波存在時同一點的靜態(tài)壓強P0之差稱為該點的聲之差稱為該點的聲壓壓，用，用p表示表示,單位為帕，單位為帕，Pa，即，即 )Pa(01ppp 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件對于平面余弦波，對于平面余弦波， 可以證明：可以證明： ApxtApmc2)2(cosc式中：為介質的密度；式中：為介質的密度；c c為介質中的聲速；為介質質點的振為介質中的聲速；為介質

21、質點的振幅；幅； 為介質質點振動的圓頻率；為介質質點振動的圓頻率； 為質點振動速度的幅為質點振動速度的幅值；值；t t為時間；為時間；x x為質點距聲源的距離，為質點距聲源的距離， 為聲壓的極大值。為聲壓的極大值。由上式可知：超聲場中某一點的聲壓幅值由上式可知：超聲場中某一點的聲壓幅值P與速度振幅成正與速度振幅成正比，也就與頻率成正比。比，也就與頻率成正比。由于超聲波的頻率很高，遠大于聲波由于超聲波的頻率很高，遠大于聲波的頻率，故超聲波的聲壓一般也遠大于聲波的聲壓。的頻率，故超聲波的聲壓一般也遠大于聲波的聲壓。 AV Amp 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 第6章 常用無損檢測方法 超聲波

22、檢測PPT課件2、 聲強聲強I 在超聲場的傳播方向上，單位時間內介質中單位截面上的在超聲場的傳播方向上，單位時間內介質中單位截面上的聲能叫聲強，聲能叫聲強，用用I I表示，表示，單位單位W/cm2。以平面縱波在均勻的各。以平面縱波在均勻的各向同性固體介質中傳播時向同性固體介質中傳播時,有有2m2222112121cVcpcAIm由上式可知，超聲場中，聲強與角頻率平方成正比。由上式可知，超聲場中，聲強與角頻率平方成正比。由于超聲由于超聲波的頻率很高，故超聲波的聲強很大，這是超聲波能用于探傷波的頻率很高，故超聲波的聲強很大，這是超聲波能用于探傷的重要依據(jù)。的重要依據(jù)。 第一章第一章 超聲波檢測超聲

23、波檢測 f2第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件3 3、 分貝的概念分貝的概念 以引起聽覺的最弱聲強以引起聽覺的最弱聲強I0=10-16W/cm2為聲強標準，在聲學為聲強標準，在聲學上稱為上稱為“聞閾聞閾”，即，即f=1000Hz時引起人耳聽覺的聲強最小值。時引起人耳聽覺的聲強最小值。 將某一聲強將某一聲強I與標準聲強與標準聲強I0之比取常用對數(shù)得到二者相差的之比取常用對數(shù)得到二者相差的數(shù)量級，稱為聲強級，用數(shù)量級，稱為聲強級，用IL表示。聲強級的單位為貝爾表示。聲強級的單位為貝爾BeL，即即 IL=lg(I/ I0) 貝爾（貝爾（BeL） 在實際應用過程中，貝爾這個單位太大，常用分

24、貝（在實際應用過程中，貝爾這個單位太大，常用分貝（dB）作為聲強級的單位。作為聲強級的單位。 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 由于科技的進步由于科技的進步,認認 識到人類對聲音的響應是按對數(shù)規(guī)律變化的識到人類對聲音的響應是按對數(shù)規(guī)律變化的,于是有了一于是有了一個單位就是貝爾個單位就是貝爾(bel，美國發(fā)明家，美國發(fā)明家,電話發(fā)明人電話發(fā)明人) 。第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 1分貝分貝人類耳朵剛剛能聽到的聲音人類耳朵剛剛能聽到的聲音20分貝以下分貝以下認為是安靜的，認為是安靜的，15分貝以下分貝以下,認為是認為是“死寂死寂”的的20-4

25、0分貝分貝大約是情侶耳邊的喃喃細語大約是情侶耳邊的喃喃細語40-60分貝分貝正常的交談聲音正常的交談聲音60分貝以上分貝以上屬于吵鬧范圍屬于吵鬧范圍70分貝分貝很吵的，而且開始損害聽力神經(jīng)很吵的，而且開始損害聽力神經(jīng)汽車噪音介乎汽車噪音介乎80-100分貝分貝90分貝以上分貝以上會使聽力受損會使聽力受損100-120分貝分貝如無意外，一分鐘人類就得暫時性如無意外，一分鐘人類就得暫時性失聰（致聾）失聰（致聾） 聲音與噪音對人的影響聲音與噪音對人的影響 第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件1 1分貝是人類耳朵剛剛能聽到的聲音，分貝是人類耳朵剛剛能聽到的聲音，2020分貝以下的聲音，一般來

26、分貝以下的聲音，一般來說，我們認為它是安靜的，當然，一般來說說，我們認為它是安靜的，當然，一般來說1515分貝以下的我們就可分貝以下的我們就可以認為它屬于以認為它屬于 死寂死寂 的了。的了。20-4020-40分貝大約是情侶耳邊的喃喃細語。分貝大約是情侶耳邊的喃喃細語。40-6040-60分貝屬于我們正常的交談聲音。分貝屬于我們正常的交談聲音。6060分貝以上就屬于吵鬧范圍了，分貝以上就屬于吵鬧范圍了，7070分貝我們就可以認為它是很吵的，而且開始損害聽力神經(jīng)，分貝我們就可以認為它是很吵的，而且開始損害聽力神經(jīng)，9090分分貝以上就會使聽力受損，而呆在貝以上就會使聽力受損，而呆在100-120

27、100-120分貝的空間內，如無意外，分貝的空間內，如無意外，一分鐘人類就得暫時性失聰（致聾）。其中汽車噪音介乎一分鐘人類就得暫時性失聰（致聾）。其中汽車噪音介乎80-10080-100分分貝，以一輛汽車發(fā)出貝，以一輛汽車發(fā)出9090分貝的噪音為例，在一百米處，仍然可以聽分貝的噪音為例，在一百米處，仍然可以聽到到8181分貝的噪音（以上標準會因環(huán)境的差異有所不同，并非絕對分貝的噪音（以上標準會因環(huán)境的差異有所不同，并非絕對值）。值）。 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 )dB(II0lg1II)dB(pp20

28、lgpp21212121 在實際應用過程中，超聲波的幅度或強度也用相同的方法在實際應用過程中，超聲波的幅度或強度也用相同的方法即分貝表示，定義：即分貝表示，定義：IL2m2222112121cVcpcAIm分貝差分貝差第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件 目前市售的超聲波探傷儀，其示波屏上波高與聲壓成正比，目前市售的超聲波探傷儀，其示波屏上波高與聲壓成正比，即任意兩點的波高之比等于相應的聲壓之比，二者的分貝差即任意兩點的波高之比等于相應的聲壓之比，二者的分貝差若對二者取自然對數(shù)，則其單位為奈培若對二者取自然對數(shù)，則其單位為奈培NP：奈培與分貝的關系為：奈培與分貝的關系為：)dB(HH

29、20lgpp20lg2121)NP(HHlnppln2121實際檢測時，常按此式實際檢測時，常按此式計算超聲波探傷儀示波計算超聲波探傷儀示波頻上任意兩個波高的分頻上任意兩個波高的分貝差。貝差。 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 115NP. 01dB86dB. 81NP第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件聲波在介質中的傳播是由其聲學參量（聲速、聲阻抗、聲聲波在介質中的傳播是由其聲學參量（聲速、聲阻抗、聲衰減系數(shù)等）決定的，因此需要研究介質的聲參量。衰減系數(shù)等）決定的，因此需要研究介質的聲參量。1、聲阻抗、聲阻抗Z 超聲波在介質中傳播時，任一點的聲壓超聲波在介質中傳播時，任一點的聲壓

30、p與該點速度振幅與該點速度振幅V之比叫聲阻抗之比叫聲阻抗Z，單位：，單位：g/(cm2.s)；kg/(cm2.s)。 聲阻抗表示聲場中介質對質點振動的阻礙作用。在同一聲壓下，聲阻抗表示聲場中介質對質點振動的阻礙作用。在同一聲壓下，介質的聲阻抗越大，質點的振動速度就越小。實驗證明，氣體、液體介質的聲阻抗越大，質點的振動速度就越小。實驗證明，氣體、液體與金屬之間的特性聲阻抗之比大約為與金屬之間的特性聲阻抗之比大約為1:3000:8000。二、二、 介質的聲參量介質的聲參量VpZ 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 物理學術語。物理學術語。關于介質聲學特性的物理量。在超聲診斷領域簡稱聲阻抗。聲波在介

31、質中某點的有關于介質聲學特性的物理量。在超聲診斷領域簡稱聲阻抗。聲波在介質中某點的有效聲壓與通過該點的有效質點速度的比值。又可用介質的密度與聲速的乘積來表示。聲波經(jīng)均質性效聲壓與通過該點的有效質點速度的比值。又可用介質的密度與聲速的乘積來表示。聲波經(jīng)均質性介質時基本按直線持續(xù)傳播；介質時基本按直線持續(xù)傳播；聲波經(jīng)兩種介質時，其聲阻抗差超過聲波經(jīng)兩種介質時，其聲阻抗差超過0.1%即產(chǎn)生聲學界面，引起反射即產(chǎn)生聲學界面，引起反射。脈沖反射式超聲診斷儀顯示的人體組織斷面聲像，實質上是人體組織中聲阻抗差別的空間分布圖。脈沖反射式超聲診斷儀顯示的人體組織斷面聲像，實質上是人體組織中聲阻抗差別的空間分布圖

32、。 第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件2 2、聲速、聲速聲速表示聲波在介質中傳播的速度，它與超聲波的波型有聲速表示聲波在介質中傳播的速度，它與超聲波的波型有關，但更依賴于傳聲介質自身的特性。因此，聲速又是一個表關，但更依賴于傳聲介質自身的特性。因此，聲速又是一個表征介質聲學特性的參量。了解受檢材料的聲速，對于缺陷的定征介質聲學特性的參量。了解受檢材料的聲速，對于缺陷的定位和定量分析都有重要的意義。位和定量分析都有重要的意義。 聲速又可分為聲速又可分為相速度和群速度相速度和群速度。 相速度：聲波傳播到介質的某一選定的相位點時，在傳播相速度：聲波傳播到介質的某一選定的相位點時，在傳播方

33、向上的聲速；方向上的聲速； 群速度：在傳播聲波的群速度：在傳播聲波的包絡面包絡面上，具有某種特性（如幅值上，具有某種特性（如幅值最大）的點上，聲波在傳播方向上的速度。最大）的點上，聲波在傳播方向上的速度。群速度是波群的能群速度是波群的能量傳播速度。量傳播速度。非頻散介質中，非頻散介質中，相速度等于群速度。相速度等于群速度。 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 相速度隨頻率變化而變化的現(xiàn)象被稱為相速度隨頻率變化而變化的現(xiàn)象被稱為頻散頻散。第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件（1）縱波、橫波和表面波的聲速。）縱波、橫波和表面波的聲速?？v波、橫波和表面波的聲縱波、橫波和表面波的聲速主要是由

34、介質的彈性性質、密度和泊松比決定的，而與頻率無關，速主要是由介質的彈性性質、密度和泊松比決定的，而與頻率無關，即它們各自的相速度和群速度相同，因此一般說到它們的聲速都是即它們各自的相速度和群速度相同，因此一般說到它們的聲速都是指相速度。指相速度。不同材料聲速值有較大的差異。不同材料聲速值有較大的差異。 在給定的材料中，頻在給定的材料中，頻率越高，波長越短。率越高，波長越短。 同一固體介質中，縱波聲速同一固體介質中，縱波聲速cL大于橫波聲速大于橫波聲速cs，橫波聲速，橫波聲速cs又又大于表面波聲速大于表面波聲速cr。對于鋼材，。對于鋼材，cL 1.8cs，cs1.1cr。（2 2） 板波的聲速。

35、板波的聲速與其他波型不同，板波的聲速。板波的聲速與其他波型不同，其相速度隨其相速度隨頻率變化而變化，具有頻散特性。頻率變化而變化，具有頻散特性。幾種不同波形的聲速 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件（1）液體中的聲速：）液體中的聲速：（2 2） 無限固體介質中的縱波聲速：無限固體介質中的縱波聲速：（3 3） 無無限限固體介質中的橫波聲速：固體介質中的橫波聲速：幾種不同介質中的聲速 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 KcL)21)(1()1(EcL)1(2EGcSK 液體的體積彈性模量，液體的體積彈性模量，MPaMPa；E固體的楊氏彈性模量，固體

36、的楊氏彈性模量， MPaMPa ；G固體的剪切彈性模量，固體的剪切彈性模量， MPaMPa 。聲速的一般表達式密度彈性率聲速 第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件 3 3、 聲衰減系數(shù)聲衰減系數(shù)a a超聲波在介質中傳播時，隨著傳播距離的增加能量逐漸超聲波在介質中傳播時，隨著傳播距離的增加能量逐漸減弱的現(xiàn)象叫做減弱的現(xiàn)象叫做超聲波的衰減超聲波的衰減。在傳聲介質中，單位距離內。在傳聲介質中，單位距離內某一頻率下聲波能量的衰減值叫做該頻率下該介質的某一頻率下聲波能量的衰減值叫做該頻率下該介質的衰減系衰減系數(shù)數(shù)a，單位為，單位為dB/m或或dB/cm。引起衰減的原因主要有三個方面：引起衰減的

37、原因主要有三個方面：一是聲束的擴散；二是由于材料中的晶?；蚱渌⑿☆w粒引一是聲束的擴散；二是由于材料中的晶?；蚱渌⑿☆w粒引起聲波的散射；三是介質的吸收。起聲波的散射；三是介質的吸收。 吸收衰減散射衰減擴散衰減聲衰減有三種類型 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件 （1）擴散衰減：聲波在介質中傳播時，因波前在逐漸擴展，從而導）擴散衰減：聲波在介質中傳播時，因波前在逐漸擴展，從而導致聲波能量逐漸減弱的現(xiàn)象叫做超聲波的擴散衰減。它主要取決于波致聲波能量逐漸減弱的現(xiàn)象叫做超聲波的擴散衰減。它主要取決于波陣面的幾何形狀，與傳播介質無關。陣面的幾何形狀，與傳

38、播介質無關。 平面波不存在擴散衰減，而球面波和柱面波有擴散衰減現(xiàn)象。平面波不存在擴散衰減，而球面波和柱面波有擴散衰減現(xiàn)象。 （2）散射衰減：散射是由于物質的不均勻產(chǎn)生的，不均勻材料含有）散射衰減：散射是由于物質的不均勻產(chǎn)生的，不均勻材料含有聲阻抗急劇變化的界面，在這兩種物質的界面上，將產(chǎn)生聲波的反射、聲阻抗急劇變化的界面，在這兩種物質的界面上，將產(chǎn)生聲波的反射、折射和波形轉換現(xiàn)象，必然導致聲能的降低。折射和波形轉換現(xiàn)象，必然導致聲能的降低。 （3）吸收衰減：超聲波在介質中傳播時，由于介質質點間的內摩擦、）吸收衰減：超聲波在介質中傳播時，由于介質質點間的內摩擦、熱傳導、引起的聲波能量減弱的現(xiàn)象，

39、叫做超聲波的吸收衰減。熱傳導、引起的聲波能量減弱的現(xiàn)象，叫做超聲波的吸收衰減。 固體介質中，吸收衰減相對于散射衰減幾乎可忽略不計，但對液固體介質中，吸收衰減相對于散射衰減幾乎可忽略不計，但對液體介質，吸收衰減是主要的衰減方式。體介質，吸收衰減是主要的衰減方式。 在超聲檢測中，談到超聲波在材料中的衰減時，通常關心的是散在超聲檢測中，談到超聲波在材料中的衰減時，通常關心的是散射衰減和吸收衰減，而不包括擴散衰減。射衰減和吸收衰減，而不包括擴散衰減。 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件一、一、 超聲波垂直入射到平界面上的反射和透射超聲波垂直入射到平界面上

40、的反射和透射超聲波在無限大介質中傳播時，將一直向前傳播，不改變超聲波在無限大介質中傳播時，將一直向前傳播，不改變方向。但遇到異介質界面（即聲阻抗差異較大的異質界面）時，方向。但遇到異介質界面（即聲阻抗差異較大的異質界面）時，會產(chǎn)生反射和透射現(xiàn)象。會產(chǎn)生反射和透射現(xiàn)象。第三節(jié)第三節(jié) 超聲波在介質中的傳播特性超聲波在介質中的傳播特性 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件超聲波垂直入射于平界面的反射與透射超聲波垂直入射于平界面的反射與透射 當超聲波垂直入射到兩種介質的界面時，當超聲波垂直入射到兩種介質的界面時， 一部分能量透過界面進入第二一部分能量透過界

41、面進入第二種介質，成為透射波種介質，成為透射波(聲強為聲強為It)， 波的傳播方向不變；另一部分能量則被界面波的傳播方向不變；另一部分能量則被界面反射回來，沿與入射波相反的方向傳播，成為反射波反射回來，沿與入射波相反的方向傳播，成為反射波(聲強為聲強為Ir)。聲波的這一聲波的這一性質是超聲波檢測缺陷的物理基礎。性質是超聲波檢測缺陷的物理基礎。 1 1、 單一界面單一界面 當超聲波垂直入射到足夠當超聲波垂直入射到足夠大的光滑平界面時，將在第大的光滑平界面時，將在第一介質中產(chǎn)生一個與入射波一介質中產(chǎn)生一個與入射波方向相反的反射波，在第二方向相反的反射波，在第二介質中產(chǎn)生一個與入射波方介質中產(chǎn)生一個

42、與入射波方向相同的透射波。向相同的透射波。 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件反射波聲壓反射波聲壓Pr與入射波聲壓與入射波聲壓P0的比值稱為的比值稱為聲壓反射率聲壓反射率r，透，透射波聲壓射波聲壓Pt和和P0的比值稱為的比值稱為聲壓透射率聲壓透射率t。 r和和t的數(shù)學表達式為：的數(shù)學表達式為： 12120rZZZZppr1220t2ZZZppt式中：式中： Z1、 Z2分別為兩種介質的聲阻抗。分別為兩種介質的聲阻抗。 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件為了研究反射波和透射波的能量關系，引入為了研究反

43、射波和透射波的能量關系，引入聲強反射率聲強反射率R和和聲強透射率聲強透射率T兩個量。兩個量。R為反射波聲強為反射波聲強(Ir)和入射波聲強和入射波聲強(I0)之之比；比；T為透射波聲強為透射波聲強(It)和入射波聲強和入射波聲強(I0)之比。之比。 2121220rZZZZrIIR21221202210t4ZZZZPZPZIITt 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 聲波垂直入射到平界面上時，聲壓和聲強的分配比例僅聲波垂直入射到平界面上時，聲壓和聲強的分配比例僅與界面兩側介質的聲阻抗有關。與界面兩側介質的聲阻抗有關。第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件在垂直入射時，界面兩側的聲波必須

44、滿足兩個邊界條件：在垂直入射時，界面兩側的聲波必須滿足兩個邊界條件：（1）一側總聲壓等于另一側總聲壓，否則界面會發(fā)生運動；）一側總聲壓等于另一側總聲壓，否則界面會發(fā)生運動；（2）兩側質點速度振幅相等，以保持波的連續(xù)性。）兩側質點速度振幅相等，以保持波的連續(xù)性。 上述超聲波縱波垂直入射到單一平界面上的聲壓、聲強與上述超聲波縱波垂直入射到單一平界面上的聲壓、聲強與其反射率、透射率的計算公式，同樣適用于橫波入射的情況。其反射率、透射率的計算公式，同樣適用于橫波入射的情況。但在固液、固氣界面上，橫波將發(fā)生全反射，這是因為橫波不但在固液、固氣界面上，橫波將發(fā)生全反射，這是因為橫波不能在液體和氣體中傳播。

45、能在液體和氣體中傳播。 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件2、 薄層界面薄層界面 在進行超聲檢測時，經(jīng)常遇到很薄的耦合層和缺陷薄層，在進行超聲檢測時，經(jīng)常遇到很薄的耦合層和缺陷薄層，這些都可以歸納為超聲波在薄層界面的反射和透射問題。這些都可以歸納為超聲波在薄層界面的反射和透射問題。 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 超聲波由聲阻抗為超聲波由聲阻抗為Z1的第的第一介質入射到一介質入射到Z1和和Z2的交界面，的交界面，然后通過聲阻抗為然后通過聲阻抗為Z2的第二介的第二介質薄層射到質薄層射到Z2和和Z3的交界面，的交界面，最后進入聲阻抗為最后進入聲阻

46、抗為Z3的第三介的第三介質。當然在有三層介質時，很質。當然在有三層介質時，很多情況是第一介質和第三介質多情況是第一介質和第三介質為同一種介質（為同一種介質（超聲波檢測即超聲波檢測即是這種情況是這種情況）。）。 在兩個界面上的反射和透射在兩個界面上的反射和透射d2第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件（1）當?shù)谝?、三介質為同一介質時）當?shù)谝弧⑷橘|為同一介質時 )2(s)m1-(m4111t)2(s)m1-(m411)2(s)m1-(m41r222222222222dindindin透射率反射率由上兩式可知：由上兩式可知：愈大。愈小，時，即當最大，時，）（當，時，當trtrntrn4d0

47、d0412d102d2222 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 12ZZm 第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件由上式可知：往復透射率為工件等情況，此時聲壓耦合劑或晶片工件，保護薄膜層，如晶片，即非均勻介質中的?。┊敚?2(sin)()2(cos)(4ZZZ22222231222223131321dZZZZdZZZZt2313122)(42dZZZZtn時，當 即超聲波垂直入射到兩側介質聲阻抗不同的薄層，如薄層厚度等即超聲波垂直入射到兩側介質聲阻抗不同的薄層，如薄層厚度等于半波長的整數(shù)倍時，通過薄層的聲壓往復透射率與薄層的性質無關。于半波長的整數(shù)倍時，通過薄層的聲壓往復透射率與薄層

48、的性質無關。 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 超聲波測厚超聲波測厚1412d31222tZZZn時，有時，且）（當此時為全透射的情況。此時為全透射的情況。復透射率愈大。時，薄層愈薄，聲壓往當4d22第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件二、二、 超聲波傾斜入射到平界面上的反射和折射超聲波傾斜入射到平界面上的反射和折射當超聲波相對于界面入射點法線以一定的角度傾斜入射到當超聲波相對于界面入射點法線以一定的角度傾斜入射到兩種不同介質的界面上時，在界面上會產(chǎn)生兩種不同介質的界面上時，在界面上會產(chǎn)生反射、折射和波型反射、折射和波型轉換現(xiàn)象轉換現(xiàn)象。入射聲波與入射點法線之間的夾角稱為。入射聲波

49、與入射點法線之間的夾角稱為入射角入射角。光光的折射是由于光在不同介質的傳播速度不同而引起的。的折射是由于光在不同介質的傳播速度不同而引起的。 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件超聲波傾斜入射到平界面上的反射、折射超聲波傾斜入射到平界面上的反射、折射(a) 縱波入射；縱波入射； (b) 橫波入射橫波入射 sLsL 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件S1sL1Lsinsincc1、反射、反射 當縱波以入射角當縱波以入射角L傾斜入射到異質界面上時，將會在介質傾斜入射到異質界面上時，將會在介質1中于入射點法

50、線的另一側產(chǎn)生與法線成一定夾角中于入射點法線的另一側產(chǎn)生與法線成一定夾角 的反射縱的反射縱波。波。 稱為稱為反射角反射角。入射縱波與反射縱波之間的關系符合幾何。入射縱波與反射縱波之間的關系符合幾何光學的反射定律，即光學的反射定律，即L= 。與光的反射不同的是，當介質與光的反射不同的是，當介質1 1為固體時，界面上既產(chǎn)生為固體時，界面上既產(chǎn)生反射縱波，同時又發(fā)生波型轉換并產(chǎn)生反射橫波，即反射后同反射縱波，同時又發(fā)生波型轉換并產(chǎn)生反射橫波，即反射后同時產(chǎn)生縱波與橫波兩種波型。這時，橫波反射角時產(chǎn)生縱波與橫波兩種波型。這時，橫波反射角 與縱波入與縱波入射角之間的關系與光學中的斯涅耳定律相同，射角之間

51、的關系與光學中的斯涅耳定律相同，為為 LLS 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 L第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 斯涅耳定律斯涅耳定律 Snells Law(光的折射定律）：光入射到不同光的折射定律）：光入射到不同介質的界面上會發(fā)生反射和折射。其中入射光和折射光位于同介質的界面上會發(fā)生反射和折射。其中入射光和折射光位于同一個平面上，并且與界面法線的夾角滿足如下關系：一個平面上，并且與界面法線的夾角滿足如下關系： n1sin1 = n2sin2 其中，其中，n1和和n2分別是兩個介質的折射率，分別是兩個介質的折射率，1和和2分別是入射分別是入

52、射光（或折射光）與界面法線的夾角，叫做入射角和折射角。光（或折射光）與界面法線的夾角，叫做入射角和折射角。第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件若入射聲波為橫波，也會產(chǎn)生同樣的現(xiàn)象，這時橫波入射若入射聲波為橫波，也會產(chǎn)生同樣的現(xiàn)象，這時橫波入射角角S S與橫波反射角與橫波反射角 相等。介質相等。介質1為固體時縱波反射角與橫為固體時縱波反射角與橫波入射角之間的關系為波入射角之間的關系為 L1LS1Ssinsincc由于固體中縱波聲速總是大于橫波聲速，因此，無論是縱波入由于固體中縱波聲速總是大于橫波聲速，因此，無論是縱波入射還是橫波入射，均有。射還是橫波入射，均有。當介質當介質1為液體或氣

53、體時，為液體或氣體時，則入射波和反射波只能為縱波則入射波和反射波只能為縱波。 SLS 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件2 2、 折射折射當兩種介質聲速不同時，透射部分的聲波會發(fā)生傳播方向的改當兩種介質聲速不同時，透射部分的聲波會發(fā)生傳播方向的改變，稱為折射。不論是縱波入射還是橫波入射，只要介質變，稱為折射。不論是縱波入射還是橫波入射，只要介質2 2為固體，為固體， 則介質則介質2 2中除有與入射波相同波型的折射波外，均可因在界面發(fā)生波中除有與入射波相同波型的折射波外，均可因在界面發(fā)生波型轉換而產(chǎn)生與入射波不同波型的折射波。型轉換而產(chǎn)生與入射波不

54、同波型的折射波。 這時，介質這時，介質2 2中可能同時中可能同時存在縱波與橫波。折射角與入射角之間的關系符合斯涅耳定律。存在縱波與橫波。折射角與入射角之間的關系符合斯涅耳定律。 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 斯涅耳定律斯涅耳定律 S2SL2LS1sL1LL1Lsinsinsinsinsinccccc折射角相對于入射角的大小和折射波聲速與入射波聲速的比率折射角相對于入射角的大小和折射波聲速與入射波聲速的比率有關。同時，有關。同時，由于縱波聲速總是大于橫波聲速，因此縱波折射角由于縱波聲速總是大于橫波聲速，因此縱波折射角L要大于橫波折射角要大于橫波折射角S。 第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢

55、測PPT課件3 3、 臨界角臨界角(1) (1) 第一臨界角第一臨界角 。當入射波為縱波，且。當入射波為縱波，且c cL2L2 c cL1L1時，折時，折射角大于入射角，使縱波折射角達到射角大于入射角，使縱波折射角達到9090的縱波入射角稱為第的縱波入射角稱為第一臨界角，用符號一臨界角，用符號表示。表示。當縱波入射角大于第一臨界角時，當縱波入射角大于第一臨界角時，第二介質中不再有折射縱波，只有折射橫波。第二介質中不再有折射縱波，只有折射橫波。 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 L2LL1LsinsinccL2L1arcsinccI第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件(2) (2)

56、第二臨界角第二臨界角 。當入射波為縱波，第二介質為固體，。當入射波為縱波，第二介質為固體， 且且c cS2S2 c cL1L1時，使橫波折射角達到時，使橫波折射角達到9090的縱波入射角為第二臨界角，的縱波入射角為第二臨界角，用符號用符號表示。表示。 通常在超聲檢測中，臨界角主要應用于第二介質為固體，通常在超聲檢測中，臨界角主要應用于第二介質為固體， 而第一介質為固體或液體的情況。這種情況下，而第一介質為固體或液體的情況。這種情況下，可利用入射角在可利用入射角在第一臨界角和第二臨界角之間的范圍，在固體中產(chǎn)生一定角度范第一臨界角和第二臨界角之間的范圍，在固體中產(chǎn)生一定角度范圍內的純橫波，圍內的純

57、橫波， 對試件進行檢測?；颍旱诙橘|中既無折射縱對試件進行檢測?；颍旱诙橘|中既無折射縱波，又無折射橫波，介質的表面將產(chǎn)生表面波。波，又無折射橫波，介質的表面將產(chǎn)生表面波。 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 S2SL1LsinsinccS2L1arcsinccII第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件 (3) 第三臨界角第三臨界角 。第三臨界角是在。第三臨界角是在固體介質固體介質與另一種介質與另一種介質的界面上，用橫波作為入射波時產(chǎn)生的。使縱波反射角達到的界面上，用橫波作為入射波時產(chǎn)生的。使縱波反射角達到90時的橫波入射角稱為第三臨界角，用表示時的橫波入射角稱為第三臨界角，用表示。此

58、時，介質中只存。此時，介質中只存在反射橫波。在反射橫波。 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 L1LS1SsinsinccL1S1arcsinccIII第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件 4 4 斜入射時的聲壓反射率和透射率斜入射時的聲壓反射率和透射率 斯斯涅耳反射、折射定律只討論了超聲波傾斜入射到界面上時，涅耳反射、折射定律只討論了超聲波傾斜入射到界面上時，各種類型反射波和折射波的傳播方向，沒有涉及它們的聲壓反射率各種類型反射波和折射波的傳播方向，沒有涉及它們的聲壓反射率和透射率。和透射率。斜入射時反射波和透射波的聲壓關系較為復雜。但在超聲檢測斜入射時反射波和透射波的聲壓關系較為

59、復雜。但在超聲檢測中，關心的是斜入射的反射率和透射率隨入射角度的變化。中，關心的是斜入射的反射率和透射率隨入射角度的變化。 對脈對脈沖反射法，沖反射法， 更關心的是聲壓往返透過率隨入射角度的變化。更關心的是聲壓往返透過率隨入射角度的變化。在斜在斜入射情況下，各種類型反射波和折射波的聲壓反射率和透射率不僅入射情況下，各種類型反射波和折射波的聲壓反射率和透射率不僅與界面兩側介質的聲阻抗有關，還與入射波的類型及入射角的大小與界面兩側介質的聲阻抗有關，還與入射波的類型及入射角的大小有關。有關。由于理論計算公式復雜，因此借助于公式或實驗得到幾種常由于理論計算公式復雜，因此借助于公式或實驗得到幾種常見界面

60、的聲壓反射率和透射率圖，見圖見界面的聲壓反射率和透射率圖，見圖1-71-9。 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件 5、聲壓往復透射率、聲壓往復透射率 超聲波傾斜入射時，聲壓往復透射率等于兩次相反方向通超聲波傾斜入射時，聲壓往復透射率等于兩次相反方向通過同一界面的聲壓透射率的乘積，即過同一界面的聲壓透射率的乘積，即toatoappppppT 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 見圖見圖1-10。第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件 6、端角反射、端角反射 當工件的兩個相鄰表面構成直角，超聲波束傾斜射向任當工件的兩個相鄰表面構成直角，超聲波

61、束傾斜射向任一表面，且其反射波束指向另一表面時，即構成端角反射的一表面，且其反射波束指向另一表面時，即構成端角反射的情況。在這種情況下，情況。在這種情況下，同類型的反射波和入射波總是相互平同類型的反射波和入射波總是相互平行，方向相反行，方向相反；不同類型的反射波和入射波互不平行，且難；不同類型的反射波和入射波互不平行，且難以被發(fā)射探頭接收。以被發(fā)射探頭接收。 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件三、三、 超聲波入射到曲界面上的反射和透射超聲波入射到曲界面上的反射和透射1、平面波入射到曲界面上的反射、平面波入射到曲界面上的反射平面波束與曲面上各入射點

62、的法線成不同的夾角：入射角為平面波束與曲面上各入射點的法線成不同的夾角：入射角為0的聲線沿原方向返回，稱為的聲線沿原方向返回，稱為聲軸聲軸；其余聲線的反射角則隨著距聲軸；其余聲線的反射角則隨著距聲軸距離的增大而增大。當曲面是球面時，反射線或其延長線匯聚于一距離的增大而增大。當曲面是球面時，反射線或其延長線匯聚于一個個焦點焦點上；反射面為圓柱面時，反射線或其延長線匯聚于一條上；反射面為圓柱面時，反射線或其延長線匯聚于一條焦線焦線上。此時，焦距上。此時，焦距 f 與曲面曲率半徑與曲面曲率半徑r的關系為的關系為 2rf 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 平面波入射至曲面時的反射平面波入射至曲面時的

63、反射（a）凹面鏡（）凹面鏡（b）凸面鏡）凸面鏡第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件 超聲波入射時，凹曲面的反射波聚焦，凸曲面的反射波發(fā)散。超聲波入射時，凹曲面的反射波聚焦，凸曲面的反射波發(fā)散。 當曲面是球面時，反射線或其延長線匯聚于一個焦點上。反當曲面是球面時，反射線或其延長線匯聚于一個焦點上。反射波波陣面為球面，凹球面的反射波好像從實焦點出發(fā)的球面波，射波波陣面為球面，凹球面的反射波好像從實焦點出發(fā)的球面波，凸球面的反射波好像從虛焦點出發(fā)的球面波。凸球面的反射波好像從虛焦點出發(fā)的球面波。 反射面為圓柱面時，反射線或其延長線匯聚于一條焦線上，反射面為圓柱面時，反射線或其延長線匯聚于一

64、條焦線上，稱為稱為焦軸焦軸。反射波波陣面為柱面，凹柱面的反射波好像從實焦點。反射波波陣面為柱面，凹柱面的反射波好像從實焦點出發(fā)的柱面波，凸柱面的反射波好像從虛焦點出發(fā)的柱面波。出發(fā)的柱面波，凸柱面的反射波好像從虛焦點出發(fā)的柱面波。 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件2 2、平面波在曲面上的透射、平面波在曲面上的透射 平面波入射到曲面上時，其折射波也將發(fā)生聚焦或發(fā)散。平面波入射到曲面上時，其折射波也將發(fā)生聚焦或發(fā)散。折射波的聚焦或發(fā)散不僅與曲面的凹凸有關，而且與界面兩側折射波的聚焦或發(fā)散不僅與曲面的凹凸有關，而且與界面兩側介質的聲速有關。介質的聲速

65、有關。由斯涅耳定律，對于凹面，由斯涅耳定律，對于凹面，c c1 1 c c2 2時發(fā)散；對于凸面，時發(fā)散；對于凸面， c c1 1 c c2 2時聚焦，時聚焦，c c1 1 c c2 2時發(fā)散。時發(fā)散。 折射后的焦距折射后的焦距f為為 121ccrf 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 由斯涅耳定律，對于凹面，由斯涅耳定律，對于凹面，c c1 1 c c2 2時發(fā)散；時發(fā)散；對于凸面，對于凸面， c c1 1 c c2 2時聚焦，時聚焦，c c1 1 c2的凸曲面上時透射波將產(chǎn)的凸曲面上時透射波將產(chǎn)生聚焦的原理

66、設計制作的。生聚焦的原理設計制作的。 聚焦探頭中的聲透鏡，如果為球面，將獲得點聚焦；如果為柱面，聚焦探頭中的聲透鏡，如果為球面，將獲得點聚焦；如果為柱面，將獲得線聚集。目前在實際檢測中，線聚焦多用于機械化自動檢測，將獲得線聚集。目前在實際檢測中，線聚焦多用于機械化自動檢測，點聚焦多用于人工檢測。點聚焦多用于人工檢測。 第一章第一章 超聲波檢測超聲波檢測 第6章 常用無損檢測方法 超聲波檢測PPT課件一、圓形壓電晶片聲源的聲場一、圓形壓電晶片聲源的聲場超聲檢測中使用的超聲波探頭，主要部件是用壓電材料做超聲檢測中使用的超聲波探頭，主要部件是用壓電材料做的壓電晶片，壓電晶片的兩表面涂有導電銀層作為電極，使晶的壓電晶片，壓電晶片的兩表面涂有導電銀層作為電極，使晶片表面上各點都具有相同的電位。將晶片接于高頻電源時，晶片表面上各點都具有相同的電位。將晶片接于高頻電源時，晶片兩面便以相同的相位產(chǎn)生拉伸或壓縮效應，發(fā)射超聲波的晶片兩面便以相同的相位產(chǎn)生拉伸或壓縮效應，發(fā)射超聲波的晶片恰如活塞做往復運動一樣輻射出聲能。因此它相當于一個活片恰如活塞做往復運動一樣輻射出聲能。因此它相當于一個活塞聲源，通常將