超聲波檢測(cè)ppt課件(2)(編輯修改稿)
2025-05-31 12:57 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，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。它主要取決于波陣面的幾何形狀，與傳播介質(zhì)無(wú)關(guān)。平面波不存在擴(kuò)散衰減，而球面波和柱面波有擴(kuò)散衰減現(xiàn)象。（ 2）散射衰減：散射是由于物質(zhì)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(zhì)的界面上，將產(chǎn)生聲波的反射、折射和波形轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，必然導(dǎo)致聲能的降低。（ 3）吸收衰減：超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，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。固體介質(zhì)中，吸收衰減相對(duì)于散射衰減幾乎可忽略不計(jì)，但對(duì)液體介質(zhì)，吸收衰減是主要的衰減方式。在超聲檢測(cè)中，談到超聲波在材料中的衰減時(shí)，通常關(guān)心的是散射衰減和吸收衰減，而不包括擴(kuò)散衰減。衰減方程衰減系數(shù)：吸收衰減衰減系數(shù)：吸收衰減 (??)和散射衰減和散射衰減 ?s介質(zhì)的衰減程度與介質(zhì)的晶粒尺寸、各向異性系數(shù)和超聲波的頻率有關(guān)。晶粒尺寸越大、各向異性越強(qiáng)、超聲波頻率越高，衰減越大。超聲波垂直入射到平界面上的反射和透射 ? 超聲波在無(wú)限大介質(zhì)中傳播時(shí)，將一直向前傳播，不改變方向。但遇到異介質(zhì)界面（即聲阻抗差異較大的異質(zhì)界面）時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反射和透射現(xiàn)象。 超聲波在介質(zhì)中的傳播特性 ?超聲波垂直入射于平界面的反射與透射 當(dāng)超聲波垂直入射到兩種介質(zhì)的界面時(shí)， 一部分能量透過(guò)界面進(jìn)入第二種介質(zhì)，成為透射波 (聲強(qiáng)為 It)， 波的傳播方向不變；另一部分能量則被界面反射回來(lái)，沿與入射波相反的方向傳播，成為反射波 (聲強(qiáng)為 Ir)。 聲波的這一性質(zhì)是超聲波檢測(cè)缺陷的物理基礎(chǔ)。 單一界面當(dāng)超聲波垂直入射到足夠大的光滑平界面時(shí)，將在第一介質(zhì)中產(chǎn)生一個(gè)與入射波方向相反的反射波，在第二介質(zhì)中產(chǎn)生一個(gè)與入射波方向相同的透射波。常見(jiàn)材料之間的界面反射系數(shù)常見(jiàn)材料之間的界面反射系數(shù) 界面材料界面材料 反射系數(shù)反射系數(shù) K % 鋼鋼 —— 鋼鋼 0 鋼鋼 —— 變壓變壓 器油器油 81 鋼鋼 —— 有機(jī)玻璃有機(jī)玻璃 77 鋼鋼 ———— 水水 88有機(jī)玻璃有機(jī)玻璃 —— 變壓變壓 器油器油 17 鋼鋼 ———— 空氣空氣 100 有機(jī)玻璃有機(jī)玻璃 ———— 空氣空氣 100 反射波聲壓 Pr與入射波聲壓 P0的比值稱(chēng)為 聲壓反射率 r，透射波聲壓 Pt和 P0的比值稱(chēng)為 聲壓透射率 t。r和 t的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 式中： Z Z2分別為兩種介質(zhì)的聲阻抗。 為了研究反射波和透射波的能量關(guān)系，引入 聲強(qiáng)反射率 R和 聲強(qiáng)透射率 T兩個(gè)量。 R為反射波聲強(qiáng) (Ir)和入射波聲強(qiáng) (I0)之比； T為透射波聲強(qiáng) (It)和入射波聲強(qiáng) (I0)之比。 聲波垂直入射到平界面上時(shí)，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)?！ ?在垂直入射時(shí)，界面兩側(cè)的聲波必須滿(mǎn)足兩個(gè)邊界條件：（ 1）一側(cè)總聲壓等于另一側(cè)總聲壓，否則界面會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)；（ 2）兩側(cè)質(zhì)點(diǎn)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(qiáng)與其反射率、透射率的計(jì)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?yàn)闄M波不能在液體和氣體中傳播。 薄層界面在進(jìn)行超聲檢測(cè)時(shí)，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(wèn)題。 超聲波由聲阻抗為 Z1的第一介質(zhì)入射到 Z1和 Z2的交界面，然后通過(guò)聲阻抗為 Z2的第二介質(zhì)薄層射到 Z2和 Z3的交界面，最后進(jìn)入聲阻抗為 Z3的第三介質(zhì)。當(dāng)然在有三層介質(zhì)時(shí)，很多情況是第一介質(zhì)和第三介質(zhì)為同一種介質(zhì)（ 超聲波檢測(cè)即是這種情況 ）。 在兩個(gè)界面上的反射和透射d2（ 1）當(dāng)?shù)谝?、三介質(zhì)為同一介質(zhì)時(shí) 由上兩式可知：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(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，通過(guò)薄層的聲壓往復(fù)透射率與薄層的性質(zhì)無(wú)關(guān)。超聲波測(cè)厚此時(shí)為全透射的情況。 超聲波傾斜入射到平界面上的反射和折射 當(dāng)超聲波相對(duì)于界面入射點(diǎn)法線以一定的角度傾斜入射到兩種不同介質(zhì)的界面上時(shí)，在界面上會(huì)產(chǎn)生 反射、折射和波型轉(zhuǎn)換現(xiàn)象 。入射聲波與入射點(diǎn)法線之間的夾角稱(chēng)為 入射角 。 光的折射是由于光在不同介質(zhì)的傳播速度不同而引起的。 超聲波傾斜入射到平界面上的反射、折射(a)縱波入射； (b)橫波入射 反射 ? 當(dāng)縱波以入射角 αL傾斜入射到異質(zhì)界面上時(shí)，將會(huì)在介質(zhì)1中于入射點(diǎn)法線的另一側(cè)產(chǎn)生與法線成一定夾角 的反射縱波。 稱(chēng)為 反射角 。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= 與光的反射不同的是，當(dāng)介質(zhì) 1為固體時(shí)，界面上既產(chǎn)生反射縱波，同時(shí)又發(fā)生波型轉(zhuǎn)換并產(chǎn)生反射橫波，即反射后同時(shí)產(chǎn)生縱波與橫波兩種波型。這時(shí)，橫波反射角 與縱波入射角之間的關(guān)系與光學(xué)中的斯涅耳定律相同，為 斯涅耳定律 Snell39。sLaw(光的折射定律）：光入射到不同介質(zhì)的界面上會(huì)發(fā)生反射和折射。其中入射光和折射光位于同一個(gè)平面上，并且與界面法線的夾角滿(mǎn)足如下關(guān)系： n1sinθ1=n2sinθ2其中， n1和 n2分別是兩個(gè)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
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