超声波测试原理及应用
专题实验-超声波测试原理及应用
实验一、超声波的产生与传播实验方案1. 直探头延迟的测量参照附录A 连接JDUT-2型超声波实验仪和示波器。
超声波实验仪接h 直探头，并把探 头放在CSK-IB 试块的正面，仪器的射频输出与示波器第1通道相连，触发与示波器外触发 相连，示波器采用外触发方式，适半设置超声波实验仪衰减器的数值和示波器的电圧范用与 时间范闱，使示波器上看到的波形如图1.7所示。
在图1.7中，S 称为始波，t 0对应于发射超声波的初始时刻；Bl 称为图1.7直探头延迟的测虽试块的1次底面回波，h 对应于超声波传播到试块底面，并被发射回来后，被超声波探头接 收到的时刻，因此h 对应于超声波在试块内往复传播的时间：B 2称为试块的2次底面冋波, 它対应于超声波在试块内往复传播到试块的上表面后，部分超声波被上表面反射，并被试块 底面再次反射，即在试块内部往复传播两次后被接收到的超声波。
依次类推，右3次、4次 和多次底面反射回波。
从示波器上读出传播h 和t2,则直探头的延迟为(1-6)2. 脉冲波频率和波长的测量调节示波器时间范闱，使试块的1次底面回波出现在示波屏的中央，脉冲波的振幅小于 IVO 测量两个振动波峰之间的时间间隔，则得到一个脉冲周期的振动时间t,则脉冲波的频 率为^1/t ：已知铝试块的纵波声速为6.32InInUS,贝IJ 脉冲波在铝试块中的波长为l=6.32t β3. 波型转换的观察与测最号时间范悅改变探头的入射角，并在改变的过程中适当移动探头的位宜，使每一个入射角 对应的R 2圆弧面的反射回波最 人。
則在探头入射角由小变人的过 程中，我们町以先后观察到回波 B 1. B 2和B3;它们分别对应于纵 波反射回波、横波反射回波和表面 波反射回波。
让探头靠近试块背而，通过调节入 射角调，使能够同时观测到回波 BI 和（如图1.9）,且它们的幅 度基本相等：再让探头逐步靠近试 块正面,则又会在Bl 前面观测到一个回波bl ，参照附录B 给出铝试块的纵波声速与横波声速，通过简单测量和计算，可以确定b 、Bl 和氏对应的波型和反射面。
超声波检测原理及应用
超声波检测原理及应用超声波检测是利用声波在物质中传播的特性对物质进行无损检测和测量的一种方法。
其原理是利用超声波在材料中的传播速度和反射衰减规律，通过测量声波在材料中的传播时间以及反射强度来获取材料的内部结构、缺陷等信息。
超声波检测是一种非破坏性检测方法，其应用广泛，包括工业、医学、环境科学等领域。
下面将详细介绍超声波检测的原理及应用。
一、超声波检测原理超声波是一种频率超过人类听力范围的声波，一般指频率大于20kHz的声波。
超声波在固体、液体和气体等介质中传播时会发生反射、折射和散射等现象，这些现象与材料的密度、弹性、缺陷等属性有关。
超声波在材料中传播的速度与材料的密度和弹性有关，通常情况下，密度越大、弹性越高的材料，其超声波传播速度越快。
超声波在材料中传播时，可以被材料内部的缺陷、表面的不均匀性和界面反射等反射回来。
利用超声波检测材料时，可以通过测量超声波传播的时间和幅度来获取材料的内部结构、缺陷等信息。
测量的方法主要有脉冲回波法、干涉法、散射法等。
脉冲回波法是最常用的超声波检测方法，它利用超声波在材料中传播的速度和反射衰减规律，通过发送一个短脉冲的超声波信号，等待其被材料中的缺陷反射回来，然后测量超声波传播时间，从而计算出缺陷的位置和尺寸。
干涉法是利用超声波在材料中传播时发生的相位差引起的干涉现象，通过测量干涉信号的变化来获取材料的内部结构信息。
散射法是利用超声波在材料中传播时发生的散射现象，通过测量散射信号的特征来获取材料的微观信息。
二、超声波检测应用1. 工业领域：超声波检测在工业领域中有广泛的应用，可以用于材料的缺陷检测、质量评估和结构监测等。
例如，可以利用超声波检测金属焊接缺陷、混凝土中的裂缝、铸件中的气孔等。
2. 医学领域：超声波检测在医学领域中应用广泛，常用于诊断、治疗和监测等。
例如，超声波可以用于检测人体内部的器官、血管等组织的结构和功能，可用于诊断肿瘤、心血管疾病等疾病。
3. 材料科学：超声波检测在材料科学中有重要的应用，可以用于材料的结构、性能和缺陷等的研究。
超声波无损检测原理及应用
超声波无损检测原理及应用超声波无损检测（Ultrasonic Testing，简称UT）是一种利用超声波传播特性来检测材料内部缺陷的无损检测技术。
其原理基于声波在材料中的传播和反射。
超声波无损检测具有高灵敏度、高分辨率、快速、非接触、定量等优点，广泛应用于工业领域。
超声波无损检测的原理是利用超声波在材料中传播时发生反射、折射、散射等现象来检测材料内部的缺陷。
超声波在材料中的传播速度和传播路径受到材料的物理性质和几何形状的影响，当超声波遇到材料中的缺陷时，会发生多次反射和散射，从而产生回波信号。
通过接收这些回波信号可以确定材料中缺陷的位置、大小、形态等信息。
1.金属材料检测：超声波无损检测在金属材料中的应用非常广泛，可以检测金属材料中的裂纹、疲劳损伤、气孔、夹杂物等缺陷。
这对于确保金属材料的质量和结构完整性非常重要，尤其是在航空航天、桥梁、汽车、石油化工等领域。
2.建筑材料检测：超声波无损检测可以用于检测混凝土、石材、玻璃等建筑材料中的缺陷，如空洞、裂缝、腐蚀等。
这有助于评估建筑材料的结构强度和使用寿命，以及修复和维护工作的安全性和可行性。
3.聚合物材料检测：超声波无损检测也可以用于检测聚合物材料中的质量和缺陷，比如塑料、橡胶、复合材料等。
这对于保障聚合物制品的质量和性能至关重要，如航空航天器件、电子产品、汽车零部件等。
4.医学诊断：超声波无损检测在医学领域的应用非常广泛，用于检测人体内部的器官和组织，如心脏、肝脏、肾脏等。
超声波无损检测在医学诊断中无辐射、无创伤，对于早期疾病的诊断和评估、手术引导等起着重要作用。
总之，超声波无损检测原理简单而有效，应用范围广泛，对于确保材料和产品的质量和安全至关重要。
它在不同领域的应用有助于提高造价效益，减少事故风险，并推动相关行业的发展。
超声波测试原理及应用实验
超声波测试原理及应用实验超声波是一种频率高于人类听觉范围的声波，通常指的是频率大于20kHz的声波。
超声波的测试原理基于声波的传播和反射现象，在不同的物体材料中会产生不同的声波传播速度和反射特性，从而实现物体的测量和检测。
超声波的测试原理主要基于超声波的传播速度和反射特性。
当超声波经过被测物体时，会发生多次的反射和折射，这些反射和折射的特性可以被测量设备接收到并分析。
一般来说，超声波是通过发送装置产生的，然后通过传感器接收到反射的超声波信号，从而得到被测物体的信息。
通过测量超声波的传播时间和传播路径来计算被测物体的距离、尺寸、缺陷等信息。
超声波测试有许多应用领域。
以下是几个常见的应用实验：1.材料检测：超声波可以用来检测材料的物理性质和缺陷，例如金属材料的内部结构、液体的浓度、固体材料的厚度等。
通过测量超声波的传播时间和反射强度，可以判断材料的疾病情况，以及判断材料是否有裂缝、气泡等缺陷。
2.医学影像：超声波在医学领域有广泛的应用，例如超声心动图、超声波检查等。
该技术通过发送超声波到人体内部来生成图像，从而帮助医生诊断疾病。
超声波无辐射，无创伤和低成本，因此在医学领域具有很大的优势。
3.非破坏检测：超声波可以用于检测建筑物、桥梁、管道等结构的完整性和质量。
通过测量超声波的传播时间和反射信号，可以检测到结构内部的缺陷、腐蚀、松动等问题，从而及早发现并修复。
4.流体流速测量：超声波可以用来测量液体或气体的流速。
通过将超声波传播到流动介质中，测量其传播时间差来计算流速。
这种技术在能源领域、环境监测和流体力学实验中广泛应用。
总之，超声波测试是一种非接触、高精度和多功能的测试方法。
通过测量超声波的传播时间和反射特性，可以获得被测物体的距离、尺寸、缺陷等信息。
超声波测试在材料科学、医学、工程技术等领域具有广泛的应用前景和重要意义。
超声波的应用与原理
超声波的应用与原理1. 引言超声波是一种具有高频率的机械波，其频率高于人类听觉范围的声波频率。
由于其能够在空气、液体和固体中传播，并且能够通过不同介质的介电常数和密度的变化产生反射、折射和散射现象，因此超声波在许多领域中有着广泛的应用。
2. 超声波的原理超声波的生成是通过压电效应实现的。
当施加电场时，压电晶体会发生压电效应，从而使晶体内部的正负电荷分离产生机械变形，进而产生超声波。
超声波的传播速度与介质的物理性质有关，通常在空气中的传播速度为340m/s，而在水中则为1498m/s。
超声波在传播过程中会发生干涉、衍射、散射等现象，从而可以用来进行物体的探测和成像。
3. 超声波的应用3.1 医疗领域超声波在医疗领域中广泛应用于诊断和治疗。
通过超声波可以观察人体内部器官的情况，如心脏、肝脏、肾脏等，以及胎儿的发育情况。
此外，超声波还可以用于碎石治疗，通过超声波的聚焦作用将激光或超声波能量集中在结石上，从而实现结石的碎裂。
3.2 工业领域超声波在工业领域中也有着重要的应用。
例如在无损测试中，通过发送超声波信号并监测其返回情况，可以检测材料中的缺陷或裂纹，从而判断其质量。
此外，超声波还可以用于液体的清洗、切割和焊接等工艺。
3.3 测量与检测领域超声波在测量与检测领域中也有着广泛的应用。
例如在流体测量中，通过测量超声波在流体中的传播时间和速度，可以计算流量。
此外，超声波还可以用于测量距离、速度、密度、厚度等物理量。
3.4 家电与消费电子产品超声波在家电与消费电子产品中也有一些应用。
例如在清洁设备中，超声波可以产生强烈的物理震荡和高频振动，从而帮助去除污渍。
此外，超声波还可以用于空气湿度的测量和距离传感器等领域。
4. 总结超声波作为一种机械波，具有广泛的应用范围。
其应用领域涵盖了医疗、工业、测量与检测、家电与消费电子产品等多个领域。
通过深入研究超声波的原理，可以不断拓展其应用，实现更多的创新和发展。
超声波原理及作用
超声波原理及作用超声波是指频率高于人耳听觉范围（20Hz - 20kHz）的声波。
在物理学和医学等领域中，超声波被广泛应用于不同的实验和诊断工作中，如探测、成像、清洁等方面。
本文将详细介绍超声波的原理和作用。
一、超声波的原理超声波的产生是通过压电效应实现的。
在压电材料中施加电压会使其发生机械变形，而当施加的电压频率达到压电材料的固有频率时，会产生共振效应，形成超声波。
超声波是由高频振动产生的机械波，其在传播过程中以纵波的形式存在。
相比于其他声波，超声波具有高频率、短波长和高能量的特点，能够在介质中穿透和传播。
二、超声波的作用1. 检测与成像超声波在医学领域中广泛用于人体内部的检测与成像。
通过向人体不同部位发射超声波，并记录其回波情况，可以获得部位的形状、结构和功能信息。
超声波成像技术可以用于检测器官、肿瘤、疾病等，成为非侵入性、安全可靠的检测手段。
2. 清洁与除垢超声波在工业领域中被广泛用于清洗、除垢等工作。
利用超声波的高频振动和局部高压力的变化，可以在液体中产生大量微小气泡，并在气泡瞬间坍缩时释放出巨大能量，达到清洁物体表面和微孔中的目的。
3. 材料加工超声波在材料加工领域也有重要应用。
通过超声波的集中能量和高频振动，可以实现对材料的切割、焊接、拼接等加工工艺。
与传统加工方法相比，超声波加工具有操作简单、速度快、精度高等优点。
4. 医疗治疗超声波在医疗治疗中被用于物理疗法。
通过超声波的声压、热量和微震动等效应，可以促进组织血液循环、淋巴循环和细胞代谢，并有助于舒缓疼痛、消肿、促进伤口愈合等。
5. 其他应用超声波还有许多其他应用领域，如测量、无损检测、测速、材料分析等等。
不同行业根据实际需求可以发展出更多特定应用。
总结：超声波作为一种高频振动的机械波，具有广泛的应用前景。
在医学、工业、科学研究等领域中，超声波的原理和作用对于开展相关工作起着重要的支持作用。
随着科技的发展，超声波技术也将不断创新和进步，为各个领域的发展带来更多机遇和挑战。
超声波检测的原理和应用
超声波检测的原理和应用1. 原理超声波检测是利用超声波的传播特性来实现物体检测和测量的技术。
其原理基于声波在介质中传播的特性，超声波是一种频率高于人耳可听范围的声波，通常在20kHz到1GHz的范围内。
在超声波检测中，常用的超声波发生器产生超声波信号，然后经过传感器或探头发送到被测物体表面。
当超声波遇到物体界面时，一部分超声波会被反射回来，而剩余的超声波则会继续传播。
接收到反射超声波的传感器或探头会将其转化为电信号，并经过放大和处理后进行分析和判断，从而得到被测物体的信息。
超声波检测主要依赖以下原理：•声速变化原理：不同材料的声速是不同的，通过测量声波在被测物体中传播的时间，可以间接得到物体材料的声速，进而推导出其密度、弹性模量和压缩系数等物理特性。
•声阻抗匹配原理：当超声波从一个介质传播到另一个介质时，会发生反射和透射。
根据不同介质的声阻抗，可以判断界面是否有反射或透射，从而实现检测。
•声能传播原理：超声波在物体内部传播时，会受到散射、衍射、吸收和衰减等现象的影响。
通过分析超声波的传播特性，可以检测到物体内部的缺陷、杂质或结构变化等情况。
2. 应用2.1 材料检测超声波检测在材料工程领域有着广泛的应用。
通过超声波的传播特性，可以判断材料的质量、结构和性能。
以下是超声波检测在材料检测中的一些典型应用：•缺陷检测：超声波可以检测材料内部的缺陷，如裂纹、夹杂和气泡等。
通过分析反射超声波的特性，可以定位和评估缺陷的尺寸和形态，对于材料质量控制和安全性评估具有重要意义。
•厚度测量：通过测量超声波在材料中的传播时间，可以精确测量材料的厚度。
这在钢铁、玻璃、陶瓷等工业生产中非常重要，可以用于质量监控和制程控制。
•结构分析：超声波还可以用于分析材料的结构和成分。
例如，通过测量超声波的传播速度和衰减程度，可以推断出材料的弹性模量、密度和几何形状等参数。
2.2 医学影像超声波检测在医学影像领域是一项重要的诊断技术。
超声波测量原理
超声波测量原理引言：超声波测量是一种常见且有效的测量技术，应用广泛于工业、医学、环境监测等领域。
本文将介绍超声波的基本原理、测量方法、仪器设备以及相关应用，以帮助读者更好地理解超声波测量的工作原理和应用领域。
一、超声波的基本原理超声波是机械波的一种，其频率高于人类可听到的声波频率。
通常，超声波的频率介于20 kHz到1 GHz之间。
超声波在空气、液体和固体中传播，并且具有以下特性：1. 声速快：超声波在不同介质中的传播速度不同，一般比空气中的声速(343m/s)更快。
例如，在水中，超声波的传播速度约为1500 m/s。
2. 反射和折射：当超声波遇到物体界面时，一部分能量将被反射回来，一部分则会发生折射进入新的介质中。
3. 吸收：超声波在传播过程中，会因介质的特性而发生能量损耗，其衰减程度与频率相关。
高频率的超声波在传播过程中更容易被吸收。
二、超声波的测量方法超声波的测量可以通过不同的方法来实现，下面介绍两种常用的测量方法：1. 超声波脉冲回波法：这种方法通过发射一束短脉冲的超声波，并记录接收到的回波信号的时间延迟。
根据声速和时间延迟的关系，可以计算出超声波在介质中传播的距离或物体的厚度。
2. 超声波多普勒效应法：这种方法利用多普勒效应来测量物体的速度或流体的流速。
当超声波遇到运动的物体时，被反射回来的信号频率会发生变化。
根据变化的频率来计算物体的速度或流体的流速。
三、超声波测量仪器设备超声波测量需要使用特定的仪器设备来实现精确的测量，主要包括以下几种：1. 超声波传感器：超声波传感器是测量超声波的关键组件，它能够发射和接收超声波信号。
常见的超声波传感器包括压电传感器和开关式传感器。
2. 信号发生器：信号发生器用于产生特定频率和振幅的超声波信号，在超声波测量中起到发射超声波的作用。
3. 信号接收器：信号接收器用于接收传感器发出的超声波回波信号，并对信号进行放大和处理，以获取准确的测量数据。
4. 计算机或显示器：计算机或显示器用于数据显示和处理，可以将接收到的信号转化为图形或数值形式，方便用户分析和保存测量结果。
超声波的工作原理及应用
超声波的工作原理及应用一、超声波的工作原理超声波是指频率超过20千赫兹的声波。
它是一种机械波，在品质好的波导介质中传播，常用于医学、工业等领域。
超声波的产生是通过压电效应实现的。
当施加电场时，压电晶体会发生机械振动，产生声波。
这个振动的频率就是超声波的频率。
超声波传播时，会沿着波导介质的传播路径传输能量。
超声波的传播速度与波导介质的密度和刚度有关，一般情况下，传播速度会随着介质的密度和刚度的增加而增加。
此外，超声波在传播过程中还会发生折射和反射现象，这些现象与声波的传播方式有关。
二、超声波的应用超声波的应用十分广泛，包括医学、工业、测量、清洗等领域。
下面列举了一些常见的应用：1.医学应用–超声波成像：通过超声波的传播和反射来生成人体内部器官的图像。
这种无创的成像技术在医学诊断中起到了重要作用，用于检测胎儿发育、疾病诊断等。
–超声波治疗：利用超声波的机械效应，通过将超声波能量传递到人体组织中来进行治疗。
常见的应用包括物理疗法、肌肉松弛等。
2.工业应用–超声波清洗：超声波通过震荡能够产生高频振动，在清洗过程中可以将污垢从物体表面分离。
这种清洗方法常用于电子元件、眼镜、餐具等物体的清洗。
–超声波焊接：超声波焊接是一种无损焊接技术，常用于金属、塑料等材料的连接。
通过超声波的振动来产生热量，实现物体的相互连接。
3.测量应用–超声波测距：超声波可以通过测量声波的往返时间来确定物体与传感器之间的距离。
这种测量方法在物体定位、车辆导航等领域有着广泛的应用。
–超声波检测：超声波可以检测材料的缺陷、表面裂纹等。
这种检测方法常用于材料的无损检测、质量控制等。
4.其他应用–超声波清除：超声波能够清除一些微小颗粒、气泡等。
常见的应用包括清除眼镜镜片上的灰尘、清除器具中的气泡等。
–超声波香薰：利用超声波的振动产生细小水滴，将香薰油溶解在水中，通过超声波的扩散来实现空气中的香气味道。
三、总结超声波是一种频率超过20千赫兹的声波。
超声波的应用举例及原理
超声波的应用举例及原理原理简介超声波是指频率高于人类听觉范围（20 kHz）的声波。
它是通过振动介质分子而传播的机械波，具有高频率、高方向性和能量集中的特点。
超声波的应用十分广泛，包括医学影像、工业无损检测、测距测速、清洗等领域。
超声波的原理是利用超声波在媒介中传播的特性。
超声波产生器将电能转化为高频机械振动，然后由超声波传感器将机械振动转化为电能。
超声波在传播过程中，会受到媒介的压力、密度等因素的影响，从而形成回波信号。
通过接收和分析回波信号，可以了解媒介的性质及存在的问题。
应用举例以下是几个超声波应用的具体举例：1. 医学影像（超声诊断）超声波在医学影像领域得到了广泛的应用。
医学超声技术利用超声波对人体进行无创检测，用于诊断疾病和监测人体器官的变化。
通过超声波的回波信号分析，医生可以观察到人体内部的器官、血管以及异常的增生物等，从而判断病情、指导治疗。
2. 工业无损检测超声波在工业领域中的无损检测应用非常广泛。
通过超声波的传播和反射特性，可以检测材料的内部缺陷、裂纹以及厚度等参数。
这些检测结果可以帮助工程师评估材料的质量，并采取相应的措施，以确保产品的可靠性和安全性。
3. 测距测速超声波可以用于测量物体的距离和速度。
利用超声波的传播速度和回波信号的时间差，可以计算出目标物体的距离。
此外，通过测量回波信号的频率变化，还可以得出目标物体的运动速度。
这种测距测速技术在交通领域、工地安全监测等方面有广泛应用。
4. 清洗超声波在清洗领域也有重要应用。
超声波清洗技术利用超声波的高频振动特性，将液体中的微小气泡在冲击波的作用下迅速破裂，产生强大的冲击力和微小的涡流，从而实现对工件表面的彻底清洁。
这种清洗技术被广泛应用于电子器件、光学元件和钟表等领域。
总结超声波作为一种高频机械波，具有高方向性、高能量集中的特点，被广泛应用于医学影像、工业无损检测、测距测速和清洗等领域。
超声波的原理基于机械振动在介质中的传播特性，通过分析超声波的回波信号，可以了解媒介的性质和存在的问题。
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信号。S称为始波，t0为电脉冲施加在压电晶片的时刻，也是发射超声波始波
的初始时刻，B1称为试块的1次底面回波， t1是超声波传播到试块底面，又发 射回来，被同一个探头接收的时刻。因此， t1对应于超声波在试块内往复传 播的时间； B2 称为试块的2次底面回波，它对应超声波在试块内往复传播到 试块的上表面后，部
某些固体物质，在压力（或拉力）的作用下产生形变，从而使物质本 身极化，在物体相对的表面出现正、负束缚电荷，这一效应称为压电效应。 其物理机理如图1-1所示。通常具有压电效应的物质同时也具有逆压电效 应，即当对施加电压后会发生变形。超声波探头利用逆压电效应产生超声 波，而利用压电效应接收超声波。
石英晶体结构
图 1-8 超声波的反射、折射和波型转换
璃头芯的声速 C 小于铝中横波声速 Cs ，
而横波声速 Cs 又小于纵波声速 C L 。因此，，根据斯特令折射定律， 当
大于： 1 sin 1 (
2 sin 1 ( 于：
专
题
实
验 试块内部，同时可以
S始波 R30 t1 t2
R60
使纵波转换为横波。 实际上，超声波在两 种固体界面上发生折 射和反射时，纵波可 以折射和反射为横波，
图1-7 斜探头延迟的测量
横波也可以折射和反射为纵波。超声波的这种现象称为波型转换，其图 解如图1-8所示。 超声波在界面上的反射、折射和波型转换满足如下斯特令折射定律： 反射： 折射：
sin sin L sin s C CL C1s sin sin L sin s C C2 L C2 s
专
题
实
验
其中， L和 s 分别是纵波反射角和横波
L 和 s 分别是纵波折射角和横 反射角；
C1L 和 C1s分别是第1种介质的 波折射角；
纵波声速和横波声速； C 2 L 和 C2 s 分别是第 2种介质的纵波声速和横波声速。在斜探 头或可变角探头中，有机玻璃或有机玻
杂波；匹配电感的作用是调整脉
冲波的波Байду номын сангаас。一般，直探头产生
纵波，斜探头产生横波或表面波。 另一种可变角探头，如图1-4所
示。其中探头芯可以旋转，通过
改变探头的入射角，得到不同 折射角的斜探头。当 =0时成为
图1-4 可变角探头示意图
直探头。
专 4、探头的延迟
题
实
验
1）直探头的延迟 图1-5是超声波在试块中传播的示意图。图1-6为示波器接收得到的超声波
（a） 晶体振动 (b) 脉冲波
片的材料和厚度有关。
图1-2 脉冲超声波的产生
适当选择晶片的厚度，使其产生弹性波的频率在超声波频率范围内，则该晶 片即可产生超声波。在晶片的振动过程中，由于能量的减少，其振幅也逐渐 减小，因此它发射出的是一个超声波波包，称为脉冲波，如图1-2（b）所示。
专 3、超声波波型及换能器种类
t1 t0 ，如果试块材质均匀，超声波声速C一 2
有机玻璃的厚度不能忽略时，直探头的延迟为 t 2t1 t2。
2）斜探头的延迟
参照图1-7，把斜探头放在试块上，并使探头靠近试块正面，使探 头的斜射声束能够同时入射在R1和R2圆弧面上。在示波器上同时观测 到两个弧面的回波B1和B2 。测量它们对应的时间t1和t2。由于R1= 2R2， 因此斜探头的延迟为： t 2t1 t2 。 5、超声波的反射、折射与波型转换 在斜探头中，从晶片产生的超声波为纵波，它通过斜楔使超声波折射到
S始波 B1 B2 t2
分超声波被上表面反 射，并被试块底面再 次反射，即在试块内 部往复传播两次后被 接收到的超声波。
t1 t0
图1-5 脉冲超声波在试块中的传播
图1-6 直探头延迟的测量
专
题
实
验
依次类推，有3次、4次和多次底面反射回波。 当有机玻璃的厚度可以忽略时，探头无延迟，因此，超声波在试块 中传播到底面的时间为 t 定，则超声波在试块中的传播距离为 S c t 。
题
实
验
如果片内部质点的振动方向垂直于晶片平面，那么晶片向外发射的就是超 声波。超声波在介质中传播可以有不同形式，它取决于介质可以承受何种 作用力以及如何对介质激发超声波。通常有如下三种： 纵波波型：当介质中质点振动方向与超声波的传播方向一致时，此超声波 为纵波波型。任何固体介质当其体积发生交替变化时均能产生纵波。 横波波型：当介质中质点的振动方向与超声波垂直时，此种超声波为横波波 型。由于固体介质除了能承受体积变形外，还能够承受切变变形。当其中剪 切力交替作用于固体介质时均能产生横波。横波只能在固体介质中传播。 表面波波型：是沿着固体表面传播的具有纵波和横波的双重性质的波。表 面波可以看成是由平行于表面的纵波和垂直于横波的横波合成，振动质点的 轨迹为一椭圆，在距表面1/4波长深处振幅最强，随着深度的增加很快率减， 实际上离表面一个波长以上的地方，质点振动的振幅已经很微弱了。
拉力作用下的极化 图1-1 石英晶体的压电效应
晶体的宏观极化
专 2、脉冲超声波的产生及其特点
题
实
验
用于产生和接收超声波的材料一般被制成片状（晶片），并在其正反两 面镀上导电层（如镀银层）作为正负电极。如果在电极两端施加一脉冲电 压，则晶片发生弹性形变，随后发 生自由振动，并在晶片厚度方向形 成驻波，如图1-2(a)所示。如果晶 片的两侧存在其它弹性介质，则会 向两侧发射弹性波，波的频率与晶
专
题
实
验
常用的超声波探头有直探头和斜 探头两种，其结构如图1-3所示。 探头通过保护膜或斜楔向外发射 超声波；吸收背衬的作用是吸收 晶片向背面发射的声波，以减少
（a） 1-外壳 2-晶片 3-吸收背衬 6-接插头 7a-保护膜 7b-斜楔 图1-3 直探头和斜探头的基本结构（ a）直探头（b）斜探头 （b） 4-电极接线 5-匹配电感
专
题
实
验
超声波测试原理及应用
实验Z1.1 超声波的产生与传播
实验Z1.2
实验Z1.3
附录A
附录B 附录C
固体弹性常数的测量
超声波的探测
JDUT-2型超声波实验仪原理框图
JDUT-2型超声波实验仪主要性能指标 JDUT-2型超声波实验仪操作说明
专
题
实
验
实验Z1.1
一、实验原理
1、压电效应
超声波的产生与传播