【正文】 ?式中： 為介質(zhì)的密度； c為介質(zhì)中的聲速； 為介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振幅； 為介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動的圓頻率； 為質(zhì)點(diǎn)振動速度的幅值； t為時間； x為質(zhì)點(diǎn)距聲源的距離， 為聲壓的極大值。 當(dāng)聲源的尺寸遠(yuǎn)小于測量點(diǎn)距聲源的距離時 ， 可以把超聲波看成是球面波 。 第一章 超聲波檢測 平面波 柱面波 球面波 第 6章 常用無損檢測方法 波線、 (a) 平面波； (b) 柱面波； (c) 球面波 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 根據(jù)波陣面的形狀 (波形 )， 可將超聲波分為 平面波 、 柱面波和球面波 等 。 在無限大且各向同性的介質(zhì)中 ， 振動向各方向傳播 ， 用 波線表示傳播的方向；將同一時刻介質(zhì)中振動相位相同的所有質(zhì)點(diǎn)所連成的面稱為 波陣面 ；某一時刻振動傳播到達(dá)的距聲源最遠(yuǎn)的各點(diǎn)所連成的面稱為 波前 。脈沖波是質(zhì)點(diǎn)振動時間很短的波， 超聲檢測中最常用的是脈沖波 。 板波傳播時聲場遍及整個板的厚度 。 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 （ Rayleigh wave） ， 常用 R表示 。 如抖動繩子時 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 橫波（ Transverse wave） 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 表面波 （ 瑞利波 ） 。 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 縱波（ Longitudinal wave） 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 橫波 。 介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在交變拉壓應(yīng)力的作用下 ， 質(zhì)點(diǎn)之間產(chǎn)生相應(yīng)的伸縮變形 ， 從而形成了縱波 。 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 ???????????????????????????????????????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(guān)按質(zhì)點(diǎn)的振動方向與聲AS 第一章 超聲波檢測 超聲波的分類 第 6章 常用無損檢測方法 超聲波的波型 超聲波的波型指的是介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動方向與波的傳播方向的關(guān)系 。在鋁中的傳播速度為 5100米 /秒。利用超聲波在介質(zhì)中傳播時這些物理現(xiàn)象，經(jīng)過巧妙的設(shè)計(jì)，使超聲檢測工作的靈活性、精確度得以大幅度提高。 穿透能力強(qiáng) 對于大多數(shù)介質(zhì)而言，它具有較強(qiáng)的穿透能力。 工業(yè)超聲檢測常用的工作頻率為 。第 6章 常用無損檢測方法 第一章 超聲波檢測 第一節(jié) 超聲檢測的基礎(chǔ)知識 第二節(jié) 超聲場及介質(zhì)的聲參量簡介 第三節(jié) 超聲場在介質(zhì)中的傳播特性 第四節(jié) 由圓形壓電晶片產(chǎn)生的聲場簡介 第五節(jié) 超聲波檢測方法 第六節(jié) 超聲檢測技術(shù)的應(yīng)用 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 超聲波是超聲振動在彈性介質(zhì)中傳播的機(jī)械波。較高的頻率主要用于細(xì)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（ 1MHz以下）。例如在一些金屬材料中，其穿透能力可達(dá)數(shù)米。 對人體無害 。 頻率 f：單位時間內(nèi)，超聲波在介質(zhì)中任一給定點(diǎn)所通過完整波的個數(shù)； 波長 λ：聲波在傳播時，同一波線上相鄰兩個相位相同的質(zhì)點(diǎn)之間的距離； 第一章 超聲波檢測 二、超聲波的分類 第 6章 常用無損檢測方法 周期 T：聲波向前傳播一個波長距離時所需的時間； 角頻率 ω： 其中頻率和周期是由波源決定的，聲速與傳聲介質(zhì)的特性和波型有關(guān)。 按波型可分為縱波 、 橫波 、 表面波和板波等 。 縱波傳播時 ，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)疏密相間 ， 所以 縱波有時又稱為壓縮波或疏密波 。 介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動方向垂直于波的傳播方向的波叫橫波 ， 用 S或 T表示 。 當(dāng)超聲波在 固體介質(zhì)中傳播 時 ， 對于有限介質(zhì)而言 ， 有一種沿介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ牟幢砻娌?。 如采用表面波探傷只能發(fā)現(xiàn)工件的表面缺陷 。 薄板兩表面質(zhì)點(diǎn)的振動為縱波和橫波的組合 ， 質(zhì)點(diǎn)振動的軌跡為一橢圓 ，在薄板的中間也有超聲波傳播 。對脈沖波進(jìn)行頻譜分析，可知它并非單一頻率，而是包括多種頻率成分。 在各向同性介質(zhì)中波線垂直于波陣面 。 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 。 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 一 、 描述超聲場的物理量 充滿超聲波的空間 ， 或在介質(zhì)中超聲振動所波及的質(zhì)點(diǎn)占據(jù)的范圍叫 超聲場 。 由上式可知：超聲場中某一點(diǎn)的聲壓幅值 P與速度振幅成正比，也就與頻率成正比。 由于超聲波的頻率很高，故超聲波的聲強(qiáng)很大，這是超聲波能用于探傷的重要依據(jù)。 第一章 超聲波檢測 由于科技的進(jìn)步 ,認(rèn) 識到人類對聲音的響應(yīng)是按對數(shù)規(guī)律變化的 ,于是有了一個單位就是貝爾 (bel，美國發(fā)明家 ,電話發(fā)明人 ) 。 60分貝以上就屬于吵鬧范圍了 ，70分貝我們就可以認(rèn)為它是很吵的 ， 而且開始損害聽力神經(jīng) ， 90分貝以上就會使聽力受損 ， 而呆在 100120分貝的空間內(nèi) ， 如無意外 ，一分鐘人類就得暫時性失聰 （ 致聾 ） 。 聲阻抗 Z 超聲波在介質(zhì)中傳播時，任一點(diǎn)的聲壓 p與該點(diǎn)速度振幅 V之比叫聲阻抗 Z，單位： g/()； kg/()。 二、 介質(zhì)的聲參量 VpZ ? 第一章 超聲波檢測 效聲壓與通過該點(diǎn)的有效質(zhì)點(diǎn)速度的比值。 第 6章 常用無損檢測方法 聲速表示聲波在介質(zhì)中傳播的速度 ， 它與超聲波的波型有關(guān) ， 但更依賴于傳聲介質(zhì)自身的特性 。 相速度：聲波傳播到介質(zhì)的某一選定的相位點(diǎn)時 ， 在傳播方向上的聲速； 群速度：在傳播聲波的 包絡(luò)面 上，具有某種特性（如幅值最大）的點(diǎn)上，聲波在傳播方向上的速度。 第 6章 常用無損檢測方法 （ 1） 縱波 、 橫波和表面波的聲速 。 同一固體介質(zhì)中 ， 縱波聲速 cL大于橫波聲速 cs， 橫波聲速 cs又大于表面波聲速 cr。 幾種不同波形的聲速 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 （ 1） 液體中的聲速： （ 2） 無限固體介質(zhì)中的縱波聲速： （ 3） 無 限 固體介質(zhì)中的橫波聲速： 幾種不同介質(zhì)中的聲速 第一章 超聲波檢測 ?KcL ?)21)(1()1(???????? EcL)1(2 ??? ???EGcSK ——液 體的體積彈性模量， MPa； E—— 固 體的楊氏彈性模量， MPa ； G—— 固 體的剪切彈性模量， MPa 。 ?????吸收衰減散射衰減擴(kuò)散衰減聲衰減有三種類型 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 （ 1）擴(kuò)散衰減：聲波在介質(zhì)中傳播時，因波前在逐漸擴(kuò)展，從而導(dǎo)致聲波能量逐漸減弱的現(xiàn)象叫做超聲波的擴(kuò)散衰減。 （ 3）吸收衰減：超聲波在介質(zhì)中傳播時，由于介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)間的內(nèi)摩擦、熱傳導(dǎo)、引起的聲波能量減弱的現(xiàn)象，叫做超聲波的吸收衰減。 但遇到異介質(zhì)界面 （ 即聲阻抗差異較大的異質(zhì)界面 ） 時 ，會產(chǎn)生反射和透射現(xiàn)象 。 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 反射波聲壓 Pr與入射波聲壓 P0的比值稱為 聲壓反射率 r， 透射波聲壓 Pt和 P0的比值稱為 聲壓透射率 t。 2121220r?????????????ZZZZrIIR? ? 21221202210t 4ZZZZPZPZIIT t???? 第一章 超聲波檢測 聲波垂直入射到平界面上時，聲壓和聲強(qiáng)的分配比例僅與界面兩側(cè)介質(zhì)的聲阻抗有關(guān)。 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 薄層界面 在進(jìn)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 。愈小，時，即當(dāng)最大，時，）（當(dāng)，時，當(dāng)trtrntrn4d0d0412d102d2222????????????? 第一章 超聲波檢測 12ZZm ?第 6章 常用無損檢測方法 由上式可知：往復(fù)透射率為工件等情況，此時聲壓耦合劑或晶片工件，保護(hù)薄膜層，如晶片，即非均勻介質(zhì)中的薄）當(dāng)（)2(s i n)()2(c o s)(4ZZZ22222231222223131321???? dZZZZdZZZZt??????????2313122 )(42d ZZZZtn???? 時，當(dāng)? 即超聲波垂直入射到兩側(cè)介質(zhì)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(fù)透射率與薄層的性質(zhì)無關(guān)。 入射聲波與入射點(diǎn)法線之間的夾角稱為 入射角 。 入射縱波與反射縱波之間的關(guān)系符合幾何光學(xué)的反射定律 ， 即 αL= 。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(guān)系： n1sinθ1 = n2sinθ2 其中， n1和 n2分別是兩個介質(zhì)的折射率， θ1和 θ2分別是入射光（或折射光）與界面法線的夾角，叫做入射角和折射角。 SL ?? ?S? 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 當(dāng)兩種介質(zhì)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 。 第一章 超聲波檢測 斯涅耳定律 S2SL2LS1sL1LL1L s i ns i ns i ns i ns i nccccc????? ????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(guān)。 的縱波入射角稱為第一臨界角 ， 用符號 α Ⅰ 表示 。 的縱波入射角為第二臨界角 ，用符號 α Ⅱ 表示 。 第一章 超聲波檢測 S2SL1L s i ns i ncc?? ?S2L1a rc s i nccII ??第 6章 常用無損檢測方法 (3) 第三臨界角 αⅢ 。 此時 ， 介質(zhì)中只存在反射橫波 。 對脈沖反射法， 更關(guān)心的是聲壓往返透過率隨入射角度的變化。 第 6章 常用無損檢測方法 端角反射 當(dāng)工件的兩個相鄰表面構(gòu)成直角，超聲波束傾斜射向任一表面，且其反射波束指向另一表面時，即構(gòu)成端角反射的情況。 當(dāng)曲面是球面時 ， 反射線或其延長線匯聚于一個 焦點(diǎn) 上；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條焦線上，稱為 焦軸 。 由斯涅耳定律 ， 對于凹面 ， c1c2時聚焦 ， c1c2時發(fā)散；對于凸面 ， c1c2時聚焦 ， c1c2時發(fā)散 。 聲束發(fā)散，將使按原擴(kuò)散角擴(kuò)散的聲束更加發(fā)散，指向性變差，聲能損失增加，中心軸線上聲壓降低。 聚焦探頭中的聲透鏡，如果為球面，將獲得點(diǎn)聚焦；如果為柱面，將獲得線聚集。 因此它相當(dāng)于一個活塞聲源 ， 通常將直探頭所產(chǎn)生的超聲場作為圓形活塞聲源來處理 。而高頻電信號加在壓電陶瓷上時，則產(chǎn)生高頻聲信號（機(jī)械振動），這就是我們平常所說的超聲波信號。 因此 ， 對圓盤聲源聲場中聲壓分布的描述非常復(fù)雜 。 如果聲源發(fā)出的波為連續(xù)簡諧波 ， 并假定介質(zhì)為無衰減的液體介質(zhì) ， 則可推出聲源軸上聲壓幅值 P的分布符合下式： ??????????????????? xxDPP 220 4πs i n2?式中： P0為聲源的起始聲壓； D為圓盤聲源的直徑； λ為傳聲介質(zhì)中聲波的波長； x為圓盤聲源軸線上某一點(diǎn)距聲源的距離 。 第 6章 常用無損檢測方法 在聲場中，稱 xN的