超声波测试原理和应用
超声波应用原理
超声波应用原理
超声波应用原理是将电能转化为机械振动，再将机械振动转化为声能的过程。
超声波是指频率超过人类听觉范围（20 kHz）的声波。
超声波应用广泛，包括医学、工业和科学研究等领域。
在医学领域，超声波被用于医学成像，如超声心动图、超声检查等。
它的原理是通过超声波的反射和传导特性来获取人体内部不同组织结构的图像。
当超声波传播到人体内部时，遇到不同的组织或器官会发生反射或传导，这些反射或传导的声波被接收器接收并转化为电信号。
通过对这些电信号的处理和分析，就可以获取人体内部的影像。
在工业领域，超声波广泛应用于无损检测、清洗和焊接等工艺。
在无损检测中，超声波可以通过检测材料内部的缺陷或疾病，如腐蚀、裂纹等来评估材料的完整性。
在清洗方面，超声波震荡能够产生高强度的能量释放，可以有效地清除表面附着物，如油污、污垢等。
在焊接方面，超声波震荡能够加强材料的接触，提高焊接质量和效率。
在科学研究中，超声波被用于流体力学研究、材料性能测试和声学实验等领域。
超声波的传播特性可以用来研究流体的运动、粘度和密度等。
此外，利用超声波的压力效应和声学谐振现象，可以研究材料的力学性能和物理特性。
总之，超声波应用原理的基础是将电能转化为机械振动，再将机械振动转化为声能。
通过超声波的传播、反射和传导特性，可以在医学、工业和科学研究等领域实现多种应用。
专题实验-超声波测试原理及应用
1
tan 1 ( LB1
LA1 H
L )
（1.7
实验内容及要求 1． 测量直探头的延迟 利用 CSK-IB 试块 60 毫米的厚度进行测量。多次测量，求平均值。 2． 测量脉冲超声波频率和波长 利用 CSK-IB 试块 40 毫米厚度的 1 次回波进行测量；测量脉冲波 4 个振动周期的时间 t，
(3.10) (3.11)
实验内容及要求 1． 测量直探头的扩散角 利用 CSK-IB 试块横孔 A 和 B 进行测量，画出声束图形。 2． 探测 CSK-IB 试块中缺陷 C 的深度 利用直探头，采用绝对测量方法测量；多次测量，求平均值。 3． 探测 CSK-IB 试块中缺陷 D 的深度和距试块右边沿的距离 先测量斜探头的延迟、入射点、折射角和声速，在探测缺陷。
量（或已知）探头在该材质中的折
射角和声速。通常我们利用与被测
材料同材质的试块中两个不同深度
的横孔对斜探头的延迟、入射点、
折射角和声速进行测量。
参看图 3.5，A、B 为试块中的
两个横孔，让斜探头先后对正 A 和
B，测量得到它们的回波时间 tA、tB，
探头前沿到横孔的水平距离分别为
xA、xB，已知它们的深度为 HA、
实验三、超声波探测
实验方案 1． 声束扩散角的测量 如图 3.3 所示，利用直探头分别找到 B1 通孔对应的回波，移动探头使回波幅度最大，
并记录该点的位置 x0 及对应回波的幅度；然后向左边移动探头使回波幅度减小到最大振幅 的一半，并记录该点的位置 x1；同样的方法记录下探头右移时回波幅度下降到最大振幅一 半对应点的位置 x2；则直探头扩散角为：
图 2.1 纵波延迟测量
（1）直探头延迟测量（参看实验一）。 （2）斜探头延迟测量 参照图 2.2 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。适当设置超声波实验仪衰减器的数值和示波器的电压范围与时 间范围。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 R2=2R2，因此斜探头的延迟为：
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。
超声波检测技术及应用
超声波检测技术及应用超声波检测技术是一种利用超声波在被测对象内部传播的特性来进行材料或结构检测的无损检测技术。
它通过发射超声波脉冲到被测材料中，然后接收由缺陷或界面反射回来的超声波信号进行分析，从而判断材料或结构的质量和完整性。
超声波检测技术有许多应用领域，包括工业控制、材料科学、医学诊断等。
在工业控制领域，超声波检测技术被广泛应用于噪声测试、材料检测、流体检测等。
例如，在汽车制造中，超声波检测可以用于检测车身的焊接质量，以及发动机零部件的质量，以确保产品的安全性和可靠性。
在材料科学领域，超声波检测技术可以用于材料的强度、硬度、密度及物理结构等性能的测试与评价。
通过对超声波的传播速度和衰减情况进行分析，可以得出材料的各种物理性质参数，从而指导材料的选择和使用。
在医学诊断领域，超声波检测技术是一种常用的无创性检测方法。
通过超声波探头对人体进行扫描，可以获得人体内部组织和器官的影像，并能检测到人体内部的各种病变和异常情况。
超声波检测技术在妇科、心脏病学、肿瘤学等领域具有重要的应用价值。
超声波检测技术的应用还延伸到了环境保护领域。
例如，在水质监测中，超声波检测可以用于测量水中溶解氧和氨氮的含量，从而评估水的质量和污染程度。
超声波检测还可以用于检测污水处理厂中的管道和设备的损坏情况，提高污水处理的效率和安全性。
总之，超声波检测技术是一种非破坏性、高效、可靠的检测方法，具有广泛的应用前景。
通过不断的研究和技术创新，相信超声波检测技术在各个领域的应用会越来越广泛，为社会的发展和进步做出更大的贡献。
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Z1.1 超声波的产生与传播
实验Z1.2
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：
根据实验室提供的仪器选择3的实验内容
3．波型转换的观察和测量 第1步：把可变角探头的入射角调整为0，使超声波入射在试块两个
专
题
实
验
圆弧R1和R2的下部边缘，观察反射回波，测量t1和t2，确定其波型（纵 波）。横向移动探头，观察其位置如何变化。 第2步：增大可变角探头入射角，注意回波幅度的变化。当入射角达 到某一值后，纵波的幅度会减小，在其后面又会出现两个回波，并 且幅度不断增大。测量新出现的两个回波对应的时间差，确定其波
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
超声波测量技术在无损检测中的应用
超声波测量技术在无损检测中的应用一、前言无损检测技术是指在不破坏被测物的前提下利用材料的表面反射、透射、穿透、散射和吸收等物理量，进行分析、判断、处理和诊断的一种检测技术。
超声波测量技术是无损检测中常用的一种技术手段，这篇文章将会介绍超声波测量技术在无损检测中的应用。
二、超声波测量技术概述超声波是指频率大于20kHz的机械波，通常使用声波发射器将声波向被测物发射，被测物会将其传递的超声波反射回来，接收器将反射回来的超声波接收并转化为电信号。
通过对电信号进行分析和处理，可以得到被测物的结构和损伤信息，例如材料的缺陷位置、大小、形状、材料硬度等。
三、超声波测量技术在无损检测中的应用1.材料缺陷检测超声波测量技术可以检测材料的缺陷。
通过测量材料内部的超声波传播时间、强度等参数，可以判断材料是否存在缺陷，例如裂纹、孔洞、错位等。
此外，通过超声波测量技术还可以判断缺陷的形状、大小、数量等信息，从而更加精确地判断缺陷的严重程度和影响范围。
2.材料性能评估超声波测量技术可以评估材料的硬度。
通过测量材料的超声波传播速度以及反射波强度大小等参数，可以评估材料的硬度和强度等性能。
此外，超声波测量技术还可以判断材料的韧性、脆性等性质，为材料的使用提供参数参考。
3.材料质量控制在制造过程中，超声波测量技术可以用于检测产品的制造质量。
例如在汽车制造中，超声波测量技术可以检测发动机零件的质量，确保零件的完整性和结构稳定性；在航空制造中，超声波测量技术可以检测飞机结构的质量，确保飞机的飞行安全。
4.材料故障诊断在使用过程中，超声波测量技术可以用于诊断材料的故障。
例如在航空维修中，超声波测量技术可以检测飞机结构的故障，例如腐蚀、疲劳、弯曲等。
通过超声波测量技术可以判断故障的性质和严重程度，从而更加准确地判断是否需要更换或修复。
四、超声波测量技术的优势超声波测量技术有以下优势：1.非侵入性超声波测量技术不需要对被测物进行破坏性测试，可以不需要切割或取样。
超声波的原理与应用
超声波的原理与应用1. 前言超声波是一种具有高频率的声波波形，其频率通常高于人类可听到的范围，即超过20kHz。
超声波在物理学、医学和工程领域有着广泛的应用。
本文将介绍超声波的原理以及在不同领域中的应用。
2. 超声波的原理超声波是一种机械波，其传播需要介质作为媒介。
其原理基于声波的传播和反射，其主要原理如下：•声波传播：超声波通过频率较高的震动产生，通过振动将能量传递给介质分子，进而形成机械波。
超声波的传播是通过振动的连锁反应来实现的。
•声波的反射：当超声波遇到介质边界时，一部分声波会被反射回来。
反射的大小和方向取决于介质的性质以及入射角度。
这种反射现象被广泛应用于超声波的成像技术中。
•声波探测：超声波的传播速度和介质的性质有关，通过探测超声波在介质中传播的时间可以得到介质的某些性质。
这种超声波的探测技术可以用于医学、材料测试和工程等领域。
3. 超声波在医学中的应用超声波在医学领域有着广泛的应用，主要体现在以下几个方面：•超声波成像：超声波的成像技术是医学领域中最常用的超声波应用之一。
通过向人体或动物的组织中发送超声波，利用超声波在组织中的反射和散射特性，可以生成组织的影像图像，用于检测器官的形态和病变。
•超声波治疗：超声波在医学治疗中也有着不可忽视的作用。
例如，超声波可用于物理治疗，如超声波热疗，可以通过超声波的能量产生物理效应，用于治疗组织损伤、消炎和促进伤口愈合。
•超声波诊断：超声波的诊断技术是医学影像学常用的一种方法。
例如，超声心动图可以通过超声波扫描心脏，观察心脏的大小、功能和血流情况，用于诊断心脏病。
•超声波内窥镜：超声波内窥镜是一种通过超声波进行内窥镜检查的技术，可用于检查消化道、泌尿系统和妇科等器官的病变。
4. 超声波在工程中的应用超声波不仅在医学领域中有应用，也在工程领域中发挥着重要的作用。
以下是超声波在工程中的几个常见应用：•超声波清洗：超声波可以生成高频振动波，可用于清洗物体表面。
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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
S始波 B1
分超声波被上表面反
B2
射，并被试块底面再
t0
图1-5 脉冲超声波在试块中的传播
t1
t2
图1-6 直探头延迟的测量
次反射，即在试块内 部往复传播两次后被 接收到的超声波。
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 题 实 验 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
3、超声波波型及换能器种类 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。
反射： 折射：
sinsinL sins
C CL
C1s
sinsinL sins
C C2L
C2s
专 题 实 验 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
其中， L和 s 分别是纵波反射角和横波
反射角； L和 s 分别是纵波折射角和横
波折射角；C1L 和 C 1 s分别是第1种介质的
纵波声速和横波声速；C 2 L 和C 2 s 分别是第
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（a）
（b）
1-外壳 2-晶片 3-吸收背衬 4-电极接线 5-匹配电感
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
图1-4 可变角探头示意图
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 杂波；匹配电感的作用是调整脉 冲波的波形。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 直探头。
石英晶体结构
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
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2、脉冲超声波的产生及其特点
用于产生和接收超声波的（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
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：t2t1t2 。 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
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
（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
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S始波
R60
R30
试块内部，同时可以 使纵波转换为横波。 实际上，超声波在两
t1
t2
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：
专 题 实 验 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
实验Z1.1 超声波的产生与传播
一、实验原理
1、压电效应 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。
专 题 实 验 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
4、探头的延迟
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
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
专 题 实 验 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
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 t1 t0 ，如果试块材质均匀，超声波声速C一
2
定，则超声波在试块中的传播距离为 Sct 。
有机玻璃的厚度不能忽略时，直探头的延迟为 t2t1t2。 2）斜探头的延迟
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
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 C s ， 而横波声速 C s 又小于纵波声速 C L 。因此，，根据斯特令折射定律，
当于们：把2大1于称s：i为n有11(C机Css玻)in璃时1入(，CC射L铝)到时介有，质机铝中玻介既璃质无-铝中纵界只波面有折上折射的射，第横 又一波无临；横界而波角当折；射 。2大我称