超声波衰减系数的测量
超声衰减系数定义
超声衰减系数定义
超声衰减系数是指超声波在介质中传播过程中衰减的程度，可用来描述超声波
在介质中传播时受到的能量损失。
超声波在介质中传播时，会遇到各种因素导致能量的损失，包括散射、吸收、
衍射和反射等。
超声衰减系数是一种衡量超声波传播过程中能量损失的物理量。
超声衰减系数通常用符号α来表示，其单位为dB/cm或Np/m（负号表示波能
递减）。
它的定义为单位长度介质中超声波功率递减的比例，即单位长度中传输的平均能量损失。
超声衰减系数的计算可以通过实验测量获得。
一种常见的测量方法是通过比较
入射超声波和透射超声波的幅度差异来确定衰减系数。
在实验中，可以使用超声传感器将入射波和透射波的信号进行检测和记录，并计算幅度的差异。
超声衰减系数在医学、工程和材料科学等领域具有广泛的应用。
在医学诊断中，超声衰减系数可以用来评估组织的病理变化。
在材料科学中，超声衰减系数可以用来研究材料的结构和性质。
在工程领域，超声衰减系数可以用来优化声波传播系统的设计。
总之，超声衰减系数是描述超声波传播过程中能量损失的物理量，它的计算可
以通过实验测量获得，具有广泛的应用价值。
油水环状流截面相含率超声衰减法测量
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2024 年第 43 卷第 2 期油水环状流截面相含率超声衰减法测量哈雯1，2，杨杨1，2，唐雨1，2，曹頔1，2，张超1，2，杨斌1，2（1 上海理工大学能源与动力工程学院，上海 200093；2上海市动力工程多相流动与传热重点实验室，上海 200093）摘要：为研究超声衰减法测量油水环状流截面相含率问题，采用COMSOL 仿真软件建立油水环状流模型，选择超声传感器结构尺寸6mm 和超声发射频率1MHz 进行研究，通过分析油水环状流超声衰减特性，确定油水环状流的超声衰减系数与截面含油率关系，并获得线性关系的测量范围。
在此基础上进一步研究非理想环状流相关参数对超声衰减特性的影响，并提出将非理想环状流差别阈限用于定量评价非理想环状流因素对于理想环状流超声衰减法的影响，获得非理想环状流差别阈限±10%以内同心度和椭圆度的变化范围。
最后开展了油水环状流静态验证实验。
研究结果表明：油水环状流截面相含率在5%~30%范围内，与超声衰减系数呈线性关系，同时在此范围内，非理想环状流差别阈限在±10%以内的同心度和椭圆度变化范围分别为0.75~1和0~5%，实验结果和仿真模拟结果具有近似的上升趋势。
关键词：两相流；油水环状流；超声衰减法；数值模拟；相含率中图分类号：O359 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2024）02-0768-13Ultrasonic attenuation method for measuring phase holdup inoil-water annular flowHA Wen 1，2，YANG Yang 1，2，TANG Yu 1，2，CAO Di 1，2，ZHANG Chao 1，2，YANG Bin 1，2(1 School of Energy and Power Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China;2 Shanghai Key Laboratory of Multiphase Flow and Heat Transfer in Power Engineering, University of Shanghai for Scienceand Technology, Shanghai 200093, China)Abstract: To investigate the measurement of phase holdup of oil-water annular flow by ultrasonic attenuation method, a model of oil-water annular flow was created using COMSOL simulation software. The ultrasonic sensor structure was in size of 6mm, and the ultrasonic emission frequency was 1MHz. The relationship between ultrasonic attenuation coefficient and oil content of oil-water annular flow was determined through analyzing the ultrasonic attenuation characteristics of oil-water annular flow, establishing the measuring range of linear relationship. Based on this, the correlation factors of non-ideal annular flow and their influence on ultrasonic attenuation characteristics were investigated further. The differential threshold of non-ideal annular flow was presented to quantify the effects of non-ideal annular flow parameters on the ideal annular flow ultrasonic attenuation method. The range for the differential threshold of 10% was proposed for the degree of concentric and ellipticity of the non-ideal annular flow.研究开发DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-1382收稿日期：2023-08-11；修改稿日期：2023-10-25。
超声波在材料中传播的实验方法与途径
超声波在材料中传播的实验方法与途径超声波是一种机械波，其频率高于人类能听到的范围。
它在许多领域中有着广泛的应用，如医学影像、材料检测和工业无损检测等。
了解超声波在材料中的传播特性对于实际应用至关重要。
本文将介绍一些常用的实验方法和途径，以帮助我们更好地研究和利用超声波在材料中的传播。
一、超声波生成方法1. 压电效应：压电效应是最常用的超声波生成方法之一。
通过在压电材料上施加电压，可以使其产生应力变形，从而激发超声波的产生。
2. 激光光束脉冲法：利用激光光束脉冲的瞬时能量，通过光-声转换过程产生超声波。
该方法具有高灵敏度和高分辨率的优点，在材料中传播时能提供较好的波谱信息。
3. 电磁感应法：通过电磁感应原理，利用电磁场作用于导电材料产生感应电流，从而引发超声波的产生。
二、超声波传播特性的测量方法1. 超声波传播速度的测量：利用超声波在材料中传播的时间和距离，可以计算出其传播速度。
常用的方法有直接测量和经典法。
2. 超声波衰减的测量：衰减是指超声波在传播过程中能量逐渐减弱。
通过测量入射波和透射波的幅度变化，可以得到超声波在材料中的衰减系数。
3. 超声波频率的测量：超声波的频率对其传播特性有着重要的影响。
可以通过频谱分析的方法测量超声波的频率，并进一步分析其传播特性。
三、超声波在材料中传播的途径1. 声传导：声传导是最常见的超声波在材料中传播的途径。
当超声波与材料接触时，会引起材料内部的声传导现象，从而在材料中传播。
2. 共振传播：共振是指当超声波的频率与材料的固有频率相匹配时，会在材料中引发共振现象，从而产生增强的传播效果。
这种传播途径在一些材料中具有重要的应用价值。
3. 能量耗散传播：超声波能量在材料中传播过程中，会与材料内部的缺陷、界面等发生相互作用，从而产生能量耗散传播的现象。
该途径可用于检测材料中的缺陷和损伤。
总结：本文介绍了超声波在材料中传播的实验方法与途径。
超声波的生成方法包括压电效应、激光光束脉冲法和电磁感应法。
超声波衰减系数的测量实验报告
北京交通大学大学物理实验设计性实验报告实验题目超声波衰减系数的测量学院电气工程学院班级学号姓名首次实验时间年月日超声波衰减系数的测量实验方案一、实验任务：超声波在介质中传播，声波衰减与介质的特性和状态有关系，试用超声声速测定仪研究超声波在空气和液体（水）中的衰减系数，并研究超声波的频率与激励电信号波型对超声波在空气和水中的衰减系数的影响。
要求衰减系数测量误差不大于5%。
二、实验要求：1、参阅相关资料，了解超声波换能器种类，特别是压电式超声换能器工作原理。
了解超声波在不同介质中的传播特性。
2、熟悉超声声速测定仪和示波器的使用方法。
3、采用两种频率的正弦波分别测试超声波空气和液体（水）中的衰减系数，并确认数据结果的误差符合设计要求。
4、采用方波或脉冲波再分别测试超声波空气和液体（水）中的衰减系数，并确认数据结果的误差符合设计要求。
三、实验方案：1、物理模型的确立：超声波在损耗介质中的准驻波效应图1.超声波波束在空气中的传播和反射设产生超声波的波源处于坐标系原点O ，入射超声波波束沿坐标系x 轴方向传播，其波动方程为：()0=A exp y i t x ωγ-⎡⎤⎣⎦入 （1） 反射波的波动方程为：()(){}00=exp 2y RA i t x x ωγ+-反 （2） 其中，R 为反射系数，k i γα=-为波的传播系数，α是介质的衰减系数，2k πλ=是波矢。
入射波和反射波在0～0x 区间叠加，其合成波的波动方程为：()(){}()()()(){}0000022000000exp exp 2cos cos 2sin sin 2x x x x i t x x y A i t x RA i t x x e A e kx RA e k x x i A e kx RA e k x x ααωααωγωγ----=-++-⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦⎡⎤⎡⎤=+----⎣⎦⎣⎦O X 0 X（3）合成波各点均作简谐振动，其振幅分布为：()()12002222002Re cos 2x x x x A A e R e k x x ααα---⎡⎤=++-⎣⎦（4） 如果利用超声波接收器作反射面，则超声波接收器收到的合成波振幅为: ()01x A A R e α-=+ (5) 因为超声波发生器和接收器是由同一材料制成，所以有：00A U A U =（6） 其中0U 是信号发生器输出电压数值，U 是示波器显示电压数值。
超声波在不同介质中的传播速度及损耗系数测量-声学论文-物理论文
超声波在不同介质中的传播速度及损耗系数测量-声学论文-物理论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——超声波是一种在弹性介质中传播的机械波，由于其具有波长短、传播方向性好等优点，在大学物理的声速测量实验中一般选择超声波段的声波进行测量。
超声波由于其频率高、功率大、穿透能力强、信息携带量大等特点，已广泛应用于工业、农业、生物医学以及科学研究等领域，如超声波测距和定位、超声波无损检测、超声波清洗等。
描述声波的物理量有波长、频率、传播速度、强度等，对这些量的测量是声学技术的重要内容，声速的测量在声波测距、定位和无损检测中有着广泛的应用。
声速测量实验属于大学物理实验中的基础性实验，一般仅开设超声波在空气中传播速度的测量，该部分原理简单，导致实验内容不饱满，因此，根据仪器特点，可将声速测量实验改造为超声波专题设计综合实验，增设一些设计性实验内容。
测量超声波在不同介质中的传播速度;研究同一介质中随发射和接收端距离变化，接收端振幅的变化规律;计算不同介质中超声波的损耗系数等。
对于实验数据的处理要求学生使用Origin、Matlab 等软件辅助完成，在学习物理内容的同时，熟练掌握常用数据处理软件的使用，不断挖掘学生学习的积极主动性，培养学生的创新意识和能力。
1 实验原理超声波传播速度常用的测量方法有共振干涉法、相位法、反射回波法等，本文采用共振干涉法研究不同介质中超声波的传播特性。
共振干涉法又称驻波法，实验装置如图 1 所示，由示波器、声速测量仪和信号发生器组成，S1和S2为压电陶瓷换能器，利用压电效应实现声压和电压之间的相互转换。
在信号发生器产生的交变电压作用下，使发射端S1产生机械振动，将激发的超声波经介质传播到接收端S2，若接收面与发射面平行，声波在接收面处就会被垂直反射，当接收端与发射端距离恰好等于半波长的整数倍时，两波叠加后形成驻波，当信号发生器的激励频率等于压电陶瓷换能器的固有频率时，会产生驻波共振。
超声波测量钢锻件材料衰减系数的误差分析及解决办法
超声波测量钢锻件材料衰减系数的误差分析及解决办法王晨;游方芳;李世忠;梁立斌【摘要】钢锻件材料衰减系数是锻件质量的重要指标,准确测量衰减系数对钢锻件质量控制意义重大.分析了超声波测量钢锻件材料衰减系数的主要影响因素,提出了采用数字冻结模式进行测量的实用方法.通过此种方法可以克服在衰减系数测量过程中各种干扰因素的影响,准确测得钢锻件的衰减系数,对钢锻件质量控制水平的提高意义重大.【期刊名称】《无损检测》【年(卷),期】2014(036)006【总页数】3页(P29-31)【关键词】钢锻件;材料衰减系数;超声波测量【作者】王晨;游方芳;李世忠;梁立斌【作者单位】SGS无损检测培训考试中心,上海201315;渤海装备巨龙钢管有限公司,沧州 062638;上海擎挚杰工程技术有限公司,上海201203;中钢集团邢台机械轧辊有限公司,邢台 054025【正文语种】中文【中图分类】TG115.28;TB553随着我国机械加工行业向高端加工制造产业的升级转型，大型钢锻件的使用已经越来越普遍。
对钢锻件的质量评价时，使用超声波探伤测得的材料衰减系数是基本的检测指标之一，准确测得其衰减系数对评价锻件质量意义重大。
使用超声波对钢锻件的材料衰减系数进行测量时，准确性受到操作条件、工作环境、工件状态及检测仪器等诸多因素的影响。
笔者就超声波测量钢锻件材料衰减系数产生误差的因素进行了分析并提出了采用数字冻结模式进行测量的办法来量高。
1 超声波测量钢锻件衰减产生的原因（1）扩散衰减：超声波在传播过程中，由于波束的扩散，使超声波的能量随距离增加而逐渐减弱的现象称为扩散衰减。
超声波的扩散衰减仅取决于波阵面的形状，与介质的形状无关。
平面波阵面为平面，波束不扩散，不存在扩散衰减。
柱面波阵面为同轴圆柱面。
波束向四周扩散，存在扩散衰减，声压与距离的平方根成反比。
球面波阵面为同心球面，波束向四面八方扩散，存在扩散衰减，声压与距离成反比。
（2）散射衰减：超声波在介质中传播时，遇到声阻抗不同的界面产生散乱反射引起衰减的现象，称为散射衰减。
超声波衰减系数的测量
超声波衰减系数的测量一、实验任务：超声波在介质中传播，声波衰减与介质的特性和状态有关系，试用超声声速测定仪研究超声波在空气和液体（水）中的衰减系数，并研究超声波的频率与激励电信号波型对超声波在空气和水中的衰减系数的影响。
要求衰减系数测量误差不大于5%。
二、实验要求：1、参阅相关资料，了解超声波换能器种类，特别是压电式超声换能器工作原理。
了解超声波在不同介质中的传播特性。
2、熟悉超声声速测定仪和示波器的使用方法。
3、采用两种频率的正弦波分别测试超声波空气和液体（水）中的衰减系数，并确认数据结果的误差符合设计要求。
4、采用方波或脉冲波再分别测试超声波空气和液体（水）中的衰减系数，并确认数据结果的误差符合设计要求。
三、实验仪器：空气中衰减实验装置示意图水中衰减实验装置图四、实验内容： 1.物理模型的比较与选择： （1）驻波法图1.超声波波束在空气中的传播和反射（1） 超声波在损耗介质中的准驻波效应超声波 发生器超声波 接收器反射面入射波反射波OX 0X()01xA A R e α-=+其中，R 为反射系数， α是介质的衰减系数。
因为超声波发生器和接收器是由同一材料制成，所以有：00A U A U =其中0U 是信号发生器输出电压数值，U 是示波器显示电压数值。
（2)脉冲法衰减系数的脉冲法测量原理 超声波在媒质中传播时的衰减系数和声速一样,是一个最基本的声学量。
利用超声波声压、声程乘积的自然对数与声程成线性关系，来测量钢铸件超声波衰减系数。
（3）测量固态材料超声波衰减系数的方法包括下述步骤：选取需要测量的固态材料作为样品；选用超声波检测仪器，利用需要测量固态材料对超声波检测仪器进行调校；使用调整好的超声波仪器，采用常规超声波检测方法对需要测量的固态材料进行超声波检测，至少记录４次超声波回波的声压幅值及声程值；按记录的超声波回波的声压幅值、声程值，用常规方法建立声压、声程乘积对数函数与声程曲线图；使用所建立的曲线图进行线性拟合，拟合出线性函数关系式，线性函数式斜率即为现场被测量固态材料的超声波衰减系数。
超声波探伤的物理基础——(第八节超声波的衰减)
第一章 超声波探伤的物理基础第八节 超声波的衰减超声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，其声能量逐渐减弱的现象叫做超声波的衰减。
在均匀介质中，超声波的衰减与传播距离之间有一定的比例关系，而不均匀介质散射引来的衰减情况就比较复杂。
一、产生衰减的原因凡影响介质质点振动的因素均能引起衰减。
从理论上讲，产生衰减的原因主要有以下三个方面：1. 由声束扩散引起的衰减超声波传播时，随着传播距离的增大，非平面波声束不断扩散，声束截面增大，因此，单位面积上的声能(或声压)大为下降，这种扩散衰减与传播波形和传播距离有关，而与传播介质无关。
对于球面波，声强与传播距离的平方成反比，即2X 1I α，声压与传播距离成反比，即X1P α。
对于柱面波，声强与传播距离成反比，声压与传播距离的平方根成反比，即X 1P α。
对于平面波，声强，声压不随传播距离的变化而变化，不存在扩散衰减。
当波形确定后，扩散衰减只与超声波传播距离(声程)有关。
扩散衰减是造成不同声程上相同形状和尺寸反射体回波高度不等的原因之一，这在声压方程中已经解决。
2. 由散射引起的衰减超声波传播过程中遇到不同声阻抗的介质所组成的界面时，会产生散乱反射，声能分散，造成散射衰减。
固体中尤以多晶体金属的非均匀性(如杂质、粗晶、内应力、第二相等)引起的散射衰减最为明显。
多晶体晶界会引起超声波的反射和折射，甚至伴有波型转换，这种散射也可称作瑞利散射。
散射衰减随超声波频率的增高而增大，且横波引起的衰减大于纵波。
3. 由吸收引起的衰减质点离开自己的平衡位置产生振动时，必须克服介质质点间的粘滞力(和内摩擦力)而做功，从而造成声能损耗，这部分损耗的声能也将转换成热能。
在超声波传播过程中，这种由于介质的粘滞吸收而将声能转换成热能，从而使声能减少的现象称为粘滞吸收衰减。
在超声波探伤中它并不占主要地位。
二、衰减规律和衰减系数超声波在不同介质中的衰减情况常用衰减系数加以定量表示。
超声波传播过程中的衰减规律与其波形有关。
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超声波衰减系数的测量
一、实验任务：
超声波在介质中传播，声波衰减与介质的特性和状态有关系，试用超声声速测定仪研究超声波在空气和液体（水）中的衰减系数，并研究超声波的频率与激励电信号波型对超声波在空气和水中的衰减系数的影响。
要求衰减系数测量误差不大于5%。
二、实验要求：
1、参阅相关资料，了解超声波换能器种类，特别是压电式超声换能器工作原理。
了解超声波在不同介质中的传播特性。
2、熟悉超声声速测定仪和示波器的使用方法。
3、采用两种频率的正弦波分别测试超声波空气和液体（水）中的衰减系数，并确认数据结果的误差符合设计要求。
4、采用方波或脉冲波再分别测试超声波空气和液体（水）中的衰减系数，并确认数据结果的误差符合设计要求。
三、实验提示：
空气中衰减实验装置示意图
水中衰减实验装置图
（1） 超声波在损耗介质中的准驻波效应
()01x A A R e α-=+
其中，R 为反射系数， α是介质的衰减系数。
因为超声波发生器和接收器是由同一材料制成，所以有：
00
A U A U = 其中0U 是信号发生器输出电压数值，U 是示波器显示电压数值。
（2）分别测量多个峰值处的位置坐标i x 和峰值电压i U ，记入实验表
格。
（3）拟合曲线，分析数据。
（4）空气中超声波换能器的工作频率在37 kHz 附件，液体中超声波换能器的工作频率在100kHz——2MHz之间。