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1、超声波概念及特性超声波概念及特性超声波概念及特性超声波概念及特性教学目的教学目的：了解超声波基础及一般概念，：了解超声波基础及一般概念，掌握超声波在介质中的传播特性。掌握超声波在介质中的传播特性。超声波概念及特性超声波概念及特性超声波概念及特性一、振动一、振动1 1、振动现象、振动现象物体在一定位置附近作来回往复运动称为振动。物体在一定位置附近作来回往复运动称为振动。高频电压下晶体运动。高频电压下晶体运动。钟表摆的运动；钟表摆的运动；汽缸活塞运动；汽缸活塞运动；弹簧振子运动；弹簧振子运动；固体分子热运动固体分子热运动;一切发声物体运动一切发声物体运动(喇喇叭、音叉、振动棒叭、音叉、振动棒)；超
2、声波概念及特性超声波概念及特性超声波概念及特性一、振动一、振动2 2、基本振动、基本振动：在周期性直线在周期性直线振动中最基本振动中最基本最重要的是简最重要的是简谐振动。谐振动。3 3、振动规律、振动规律：质点离开平衡位置的：质点离开平衡位置的位移位移随随时时间间的变化规律遵循余弦（或正弦）函数规律。的变化规律遵循余弦（或正弦）函数规律。超声波概念及特性超声波概念及特性超声波概念及特性一、振动一、振动X X质点离开平衡位置的距离；质点离开平衡位置的距离；A A质点离开平衡位置的最大位质点离开平衡位置的最大位移绝对值，即振幅；移绝对值，即振幅； 角频率，角频率， 2 2 f f；（ t t ）简
3、谐振动的相位；简谐振动的相位； t t0 0时初始相位。时初始相位。振幅振幅A、周期周期T、频率频率f、相位（相位（ t t ）是是描述简谐描述简谐振动物理振动物理量量超声波概念及特性超声波概念及特性超声波概念及特性二、波动二、波动水波；声波；电磁波；水波；声波；电磁波；1 1、波动现象、波动现象：振动在介质中传播过程就称为振动在介质中传播过程就称为波动，简称波。波动，简称波。 波动传播过程只有能量的传递，而没有波动传播过程只有能量的传递，而没有质量的传输，波动并不引起介质本身作总体质量的传输，波动并不引起介质本身作总体运动。在波动过程中，质点始终在平衡位置运动。在波动过程中，质点始终在平衡位
4、置附近作往复运动并不随波前进。如：漂浮在附近作往复运动并不随波前进。如：漂浮在水中的木块。水中的木块。超声波概念及特性超声波概念及特性超声波概念及特性二、波动二、波动2 2、波动方程、波动方程C波速；波速；X波线上某任意波线上某任意位置点离开原点位置点离开原点0距离；距离；描述在时间描述在时间t，距离原点距离原点0为为X的某点的某点(B点点)的位移。的位移。超声波概念及特性超声波概念及特性超声波概念及特性二、波动二、波动3 3、波的类型：、波的类型：连续波：连续波：指持续时间不指持续时间不断，具有许多单独的等断，具有许多单独的等幅波峰的波。幅波峰的波。脉冲波：脉冲波：指持续时间指持续时间有限的
5、波，持续时间有限的波，持续时间通常为微秒数量级。通常为微秒数量级。通常超声波探伤使用的是窄频带脉冲波。通常超声波探伤使用的是窄频带脉冲波。连续波、连续波、脉冲波脉冲波超声波概念及特性超声波概念及特性超声波概念及特性二、波动二、波动4 4、波的描述、波的描述波速：波速：在弹性介质中，波在单位时间内所传播在弹性介质中，波在单位时间内所传播的距离，称为波速。常用的距离，称为波速。常用C C表示。表示。在同一种介质中，不同的波，其波速不同；同在同一种介质中，不同的波，其波速不同；同一种波在不同介质中，波速也不同。一种波在不同介质中，波速也不同。超声波概念及特性超声波概念及特性超声波概念及特性二、波动二
6、、波动4 4、波的描述、波的描述波长：波长：一个完整波的距一个完整波的距离（波峰与波峰或波谷离（波峰与波峰或波谷与波谷之间的距离）称与波谷之间的距离）称为波长。用为波长。用 表示。表示。超声波概念及特性超声波概念及特性超声波概念及特性二、波动二、波动4 4、波的描述、波的描述周期：周期：波向前移动一个波长所需的时间，波向前移动一个波长所需的时间，如波由一个波峰传到另一个波峰的时间如波由一个波峰传到另一个波峰的时间叫波的周期。叫波的周期。频率：频率：任一给定点在单位时间里所通过任一给定点在单位时间里所通过完整波的个数叫波的频率。频率在数值完整波的个数叫波的频率。频率在数值上等于周期的倒数。上等于
7、周期的倒数。超声波概念及特性超声波概念及特性超声波概念及特性三、超声波三、超声波振动频率超过振动频率超过2020KHzKHz的机械波即的机械波即为超声波。为超声波。超声波探伤常用频率范围：超声波探伤常用频率范围：0.50.5MHzMHz10MHz10MHz。振动振动波波介质介质传播传播2020HzHz2020KHzKHz频率频率次声波次声波超声波超声波可闻声波可闻声波超声波概念及特性超声波概念及特性超声波概念及特性三、超声波三、超声波超声波特性：超声波特性：1、超声波在介质中传播遇到不同介质的界、超声波在介质中传播遇到不同介质的界面会发生反射。面会发生反射。 超声波在材料中传播遇到缺陷（即不同
8、超声波在材料中传播遇到缺陷（即不同介质），当缺陷尺寸大于或等于超声波波长介质），当缺陷尺寸大于或等于超声波波长时，超声波在缺陷面上反射回来，探伤仪显时，超声波在缺陷面上反射回来，探伤仪显示出反射波；当缺陷尺寸小于波长时，超声示出反射波；当缺陷尺寸小于波长时，超声波则绕射而过，不发生反射。波则绕射而过，不发生反射。超声波概念及特性超声波概念及特性超声波概念及特性三、超声波三、超声波超声波特性：超声波特性：2、超声波方向性好。超声波频率愈高，方、超声波方向性好。超声波频率愈高，方向性愈好。向性愈好。在实际探伤中一般采用很窄的超声波波束在在实际探伤中一般采用很窄的超声波波束在材料中传播，很容易确定出
9、缺陷的位置。材料中传播，很容易确定出缺陷的位置。超声波概念及特性超声波概念及特性超声波概念及特性三、超声波三、超声波超声波特性：超声波特性：3、超声波在介质中传播能量大。、超声波在介质中传播能量大。 如：频率为如：频率为1MHz的超声波所传播的能的超声波所传播的能量，相当于振幅相同，频率为量，相当于振幅相同，频率为1KHz的声波的声波的的100万倍。超声波在很多材料中能够入射，万倍。超声波在很多材料中能够入射，因此，超声波在探伤中得到广泛应用。因此，超声波在探伤中得到广泛应用。超声波概念及特性超声波概念及特性超声波概念及特性三、超声波三、超声波超声波特性：超声波特性：4、超声波在介质中传播散射
10、程度与材料的、超声波在介质中传播散射程度与材料的晶粒度密切相关。晶粒度密切相关。 超声波的散射程度取决于入射材料晶粒超声波的散射程度取决于入射材料晶粒度大小与超声波波长之比。当晶粒度比波长度大小与超声波波长之比。当晶粒度比波长小得多时，即细晶粒材料，超声波几乎没有小得多时，即细晶粒材料，超声波几乎没有散射。散射。超声波概念及特性超声波概念及特性超声波概念及特性三、超声波三、超声波超声波特性：超声波特性：1、超声波在介质中传播遇到不同介质的界、超声波在介质中传播遇到不同介质的界面会发生反射。面会发生反射。2、超声波方向性好。超声波频率愈高，方、超声波方向性好。超声波频率愈高，方向性愈好。向性愈好
11、。3、超声波在介质中传播能量大。、超声波在介质中传播能量大。4、超声波在介质中传播散射程度与材料的、超声波在介质中传播散射程度与材料的晶粒度密切相关。晶粒度密切相关。超声波概念及特性超声波概念及特性超声波概念及特性本课小结：本课小结： 振动是波动的基础。波动是振动在介振动是波动的基础。波动是振动在介质中的传播。振动频率超过质中的传播。振动频率超过2020KHzKHz的机械波的机械波即为超声波。探伤常用超声波频率为：即为超声波。探伤常用超声波频率为：0.50.5MHzMHz10MHz10MHz。超声波的传播特性为超声超声波的传播特性为超声波在探伤领域的应用奠定客观基础。波在探伤领域的应用奠定客观基础。思考题：思考题：如何理解超声波与振动和波动关系如何理解超声波与振动和波动关系？超声波概念及特性
