專題實驗超聲波測試原理及應(yīng)用(編輯修改稿)
2025-06-18 02:55 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 專 題 實 驗 3．利用斜探頭測量折射角，并求入射角 和第一臨界角 ，第二 臨界角 。比較 與 、 ，理解波形轉(zhuǎn)換。 第 1步： 按圖 110，把探頭放置在試塊圓弧的圓心附近，找到 R2的 反射回波最大的位置，用鋼尺測量探頭前沿到試塊端點的距離 L1， 確定斜探頭的入射點 。 2??1?1??120 LRL ??2?第 2步： 把探頭分別對準 A， B兩孔，找到最大反射回波。 第 3步： 求 )(1HLLLtg ABs??? ??第 4步： 通過 ， 求入射縱波的入射角。 （已知探頭中有機玻璃 縱波聲速為 ，在鋼試塊中的橫波 ssCC?? s ins in ?專 題 實 驗 聲速為 ?s，在鋁試塊中的橫波聲速為 ?s。） 第 5步： 利用 ， ， 求 、 ，并比較 與 、 ，理解波形轉(zhuǎn)換。（已知在鋼試塊中的縱波聲速為 ?s，在鋁試塊中的縱波聲速為 ?s。） )(s in 11LCC??? )(s in 12sCC???1? 2??1? 2?圖 110 斜探頭測量折射角的示意圖 專 題 實 驗 分析與思考： 1. 激發(fā)脈沖超聲波的電脈沖一般是一個上升沿小于 20ns的很尖很窄的脈沖。而從超聲脈沖波的波形看，其幅度是又小變大，然后又由小變大，然后又由大變小，而不是直接從大變小；并且振動可以持續(xù) 1~10?m，為什么？ 2. 通過計算說明，當可變角探頭逐步靠近試塊正面時，為什么橫波在圓弧面 R1的反射回波能夠與 B1重合？ 在各向同性的固體材料中，根據(jù)應(yīng)力和應(yīng)變滿足的虎克定律，可以求得超聲波傳播的特征方程： 其中 ?為勢函數(shù)， c為超聲波傳播速度。 當介質(zhì)中質(zhì)點振動方向與超聲波的傳播方向一致時，稱為縱波；當介質(zhì)中質(zhì)點振動方向與超聲波的傳播方向垂直時，稱為橫波。在氣體介質(zhì)中，聲波只是縱波。在固體介質(zhì)內(nèi)部，超聲波可以按縱波或橫波兩種波型傳播。無論是材料中的縱波還是橫波，其速度可表示為： 其中， d聲波傳播距離， t為聲波傳播時間。 專 題 實 驗 一、實驗原理 實驗 固體彈性常數(shù)的測量 22222 1tc ??????tdc?專 題 實 驗 對于同一種材料，其縱波波速和橫波波速的大小一般不同，但它們都由彈性介質(zhì)的密度、楊氏模量和泊松比等彈性參數(shù)決定。相反，利用超聲波速度的方法可以測量材料有關(guān)的彈性常數(shù)。 固體在外力作用下，其長度沿力的方向產(chǎn)生變形，變形時的應(yīng)力與應(yīng)變之比就定義為楊氏模量，一般用 E表示。（在楊氏模量測量的實驗中有介紹） 固體在應(yīng)力作用下，沿縱向有一正應(yīng)變（伸長），沿橫向就將有一個負應(yīng)變（縮短），橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之比被定義為泊松比，記作 ?，它是表示材料彈性性質(zhì)的一個物理量。 在各向同性固體傳播中，各種波型的超聲波聲速為 ： 專 題 實 驗 縱波聲速： 橫波聲速： 其中為楊氏模量，為泊松系數(shù)，為材料速度。 相應(yīng)地，通過測量介質(zhì)的縱波聲速和橫波聲速，利用以上公式可以計算 介質(zhì)的彈性常數(shù)。計算公式如下： 1)43(222???TTCE s? )1(2 222 ??? TT? 其中， ， 為介質(zhì)中縱波聲速， 為介質(zhì)中橫波聲速， 為 介質(zhì)的密度。 楊氏模量 泊松系數(shù) sLCCT? LC sC ?)21)(1()1(???????? ECL)1(2 ?? ??ECs 利用 R1， R2測量斜探頭的延遲。 利用直探頭，分別采用直接法和相對法測量試塊的縱波聲速。 直接法 相對法 利用斜探頭，分別采用直接法和相對法測量試塊的橫波聲速。 直接法 相對法 計算試塊的楊氏模量和泊松系數(shù)。 專 題 實 驗 二、實驗內(nèi)容及要求 012ttLCl ?? 122ttLCl
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