【正文】 聲速； 群速度：在傳播聲波的 包絡面 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。 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 。 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 。聲波經(jīng)均質(zhì)性介質(zhì)時基本按直線持續(xù)傳播； 聲波經(jīng)兩種介質(zhì)時，其聲阻抗差超過 %即產(chǎn)生聲學界面，引起反射 。 二、 介質(zhì)的聲參量 VpZ ? 第一章 超聲波檢測 效聲壓與通過該點的有效質(zhì)點速度的比值。在同一聲壓下，介質(zhì)的聲阻抗越大，質(zhì)點的振動速度就越小。 聲阻抗 Z 超聲波在介質(zhì)中傳播時，任一點的聲壓 p與該點速度振幅 V之比叫聲阻抗 Z，單位： g/()； kg/()。 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 第一章 超聲波檢測 )dB(II0l g1II)dB(pp20 l gpp21212121 ??? 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： IL 2m2222112121 cVcpcAI m ???? ???分貝差 第 6章 常用無損檢測方法 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 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(guān)系為： )dB(HH20l gpp20l g2121 ???)NP(HHlnppln2121 ???實際檢測時，常按此式 計算超聲波探傷儀示波 頻上任意兩個波高的分 貝差。 60分貝以上就屬于吵鬧范圍了 ，70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) ， 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 ） 。 2040分貝大約是情侶耳邊的喃喃細語 。 第一章 超聲波檢測 由于科技的進步 ,認 識到人類對聲音的響應是按對數(shù)規(guī)律變化的 ,于是有了一個單位就是貝爾 (bel，美國發(fā)明家 ,電話發(fā)明人 ) 。 將某一聲強 I與標準聲強 I0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 IL表示。 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的重要依據(jù)。 ?? ?AV ?Amp 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 聲強 I 在超聲場的傳播方向上，單位時間內(nèi)介質(zhì)中單位截面上的聲能叫聲強， 用 I表示， 單位 W/cm2。 由上式可知：超聲場中某一點的聲壓幅值 P與速度振幅成正比，也就與頻率成正比。 第一章 超聲波檢測 第二節(jié) 超聲場及介質(zhì)的聲參量簡介 第 6章 常用無損檢測方法 聲壓 p 當介質(zhì)中有超聲波傳播時，由于介質(zhì)質(zhì)點振動，使介質(zhì)中壓強交替變化。 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)點占據(jù)的范圍叫 超聲場 。 可以證明 ， 球面波中質(zhì)點的振動幅度與距聲源的距離成反比 。 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 。 波前只有一個 ， 而波陣面可以有任意多個 。 在各向同性介質(zhì)中波線垂直于波陣面 。 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 超聲波由聲源向周圍傳播的過程可用 波陣面 進行描述 。對脈沖波進行頻譜分析，可知它并非單一頻率，而是包括多種頻率成分。 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 板波 （ Plate wave） (a) 對稱型； (b) 非對稱型 第一章 超聲波檢測 薄板中部質(zhì)點以縱波形式振動和傳播 薄板中部質(zhì)點以橫波形式振動和傳播 S型 A型 第 6章 常用無損檢測方法 連續(xù)波與脈沖波 連續(xù)波是介質(zhì)中各質(zhì)點振動時間為無窮時的波。 薄板兩表面質(zhì)點的振動為縱波和橫波的組合 ， 質(zhì)點振動的軌跡為一橢圓 ，在薄板的中間也有超聲波傳播 。 在板厚和波長相當?shù)膹椥员“逯袀鞑サ某暡ń邪宀?(或蘭姆波 )。 如采用表面波探傷只能發(fā)現(xiàn)工件的表面缺陷 。 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(zhì)質(zhì)點的橢圓振動可視為縱波與橫波的合成 。 當超聲波在 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?。 液體和氣體介質(zhì)不能承受切應力 ， 只有固體介質(zhì)能夠承受切應力 ， 因而橫波只能在固體介質(zhì)中傳播 ， 不能在液體和氣體介質(zhì)中傳播 。 介質(zhì)中質(zhì)點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 。 固體介質(zhì)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，但在壓應力作用下產(chǎn)生容積的變化，因此液體和氣體介質(zhì)也可以傳播縱波。 縱波傳播時 ，介質(zhì)的質(zhì)點疏密相間 ， 所以 縱波有時又稱為壓縮波或疏密波 。 介質(zhì)中質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向相同的波叫縱波 ， 用 L表示 。 按波型可分為縱波 、 橫波 、 表面波和板波等 。 其中，按按介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向之間的關(guān)系分類是研究超聲波在介質(zhì)中傳播規(guī)律的重要理論依據(jù)，將著重討論。 頻率 f：單位時間內(nèi)，超聲波在介質(zhì)中任一給定點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)。 聲速 c：單位時間內(nèi)，超聲波在介質(zhì)中傳播的距離； 超聲波的速度就是聲音的速度 ,即聲在空氣 (15℃ )中的速度是 340米 /秒 ,只不過它們的頻率不同而已 ；超聲波在 20 ℃ 的 鋼中是 5200米 /秒 。 對人體無害 。 遇有界面時，將產(chǎn)生反射、折射和波型的轉(zhuǎn)換 。例如在一些金屬材料中，其穿透能力可達數(shù)米。 方向性好 超聲波具有像光波一樣定向束射的特性。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大和粗晶材料（ 1MHz以下）。 可聽聲波： 2020220Hz，人耳可聽到的聲波范圍； 次聲波：低于 20 Hz； 超聲波：高于 20220Hz。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)中傳播的機械波。與聲波和次聲波在彈性介質(zhì)中的傳播類同，區(qū)別在于超聲波的頻率高于 20kHz。 工業(yè)超聲檢測常用的工作頻率為 。 第一章 超聲波檢測 第一節(jié) 超聲檢測的基礎知識 第 6章 常用無損檢測方法 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。 穿透能力強 對于大多數(shù)介質(zhì)而言，它具有較強的穿透能力。 能量高 超聲檢測的工作頻率遠高于聲波的頻率，超聲波的能量遠大于聲波的能量。利用超聲波在介質(zhì)中傳播時這些物理現(xiàn)象，經(jīng)過巧妙的設計，使超聲檢測工作的靈活性、精確度得以大幅度提高。 第一章 超聲波檢測 一、超聲波的特點 第 6章 常用無損檢測方法 （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“聲源”和傳播機械振動的彈性介質(zhì)，所以機械振動和波動是超聲檢測的物理基礎。在鋁中的傳播速度為 5100米 /秒。 上述各量之間的關(guān)系： cλωπfT ???21 第一章 超聲波檢測 f?? 2?第 6章 常用無損檢測方法 （二）超聲波的分類 超聲波的分類方法很多，主要有： 按介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向之間的關(guān)系分類； 按波振面的形狀分類； 按振動的持續(xù)時間分類等。 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)點的振動方向與波的傳播方向的關(guān)系 。 縱波 。 介質(zhì)質(zhì)點在交變拉壓應力的作用下 ， 質(zhì)點之間產(chǎn)生相應的伸縮變形 ， 從而形成了縱波 。 聲音在空氣中的傳播是縱波。 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 。 橫波的形成是由于介質(zhì)質(zhì)點受到交變切應力作用時 ， 產(chǎn)生了切變形變 ， 所以 橫波又叫做切變波 。 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 ） 。 介質(zhì)表面的質(zhì)點作橢圓運動 。 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 。 表面波（ Surface wave） 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 板波 （ 蘭姆波 ） 。 板波傳播時聲場遍及整個板的厚度 。 板波按其傳播方式又可分為對稱型 （ S型 ） 和非對稱型 （ A型 ） 兩種 ， 這是由質(zhì)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 。脈沖波是質(zhì)點振動時間很短的波， 超聲檢測中最常用的是脈沖波 。其中人們關(guān)心的頻譜特征量主要有峰值頻率、頻帶寬度和中心頻率。 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)點所連成的面稱為 波陣面 ；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 波前 。 在任何時刻 ， 波前總是距聲源最遠的一個波陣面 。 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 。 當聲源是一個點時 ， 在各向同性介質(zhì)中的波陣面為以聲源為中心的球面 。 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 。 為描述超聲場 ， 常用的物理量有： 聲壓 、 聲強 、 聲阻抗 、 質(zhì)點振動位移和質(zhì)點振動速度 。 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 P0之差稱為該點的聲壓 ，用 p表示 ,單位為帕， Pa，即 )Pa(01 ppp ?? 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 對于平面余弦波， 可以證明： ??????ApxtApm c]2)2(c o s [c????式中： 為介質(zhì)的密度； c為介質(zhì)中的聲速； 為介質(zhì)質(zhì)點的振幅； 為介質(zhì)質(zhì)點振動的圓頻率； 為