超声波的衰减
2.8-2.9 超声波的聚焦与发散 超声波的衰减
20lg Bm Bn (dB mm) 2(n m) x
2.8.3平面波在曲界面上的反射与折射
• （2）平面波入射到柱面时，其反射波可视为从焦轴发 出的柱面波。在曲面轴线上距曲面顶点x处的反射波声 压Px为
Px P0 f x f
• 实际检测中球形、柱形气孔的反射就属于以上两种情 况。
2.8.3平面波在曲界面上的反射与折射
• 平面波入射到曲界面上时，其折射波也将发生聚焦或发散， 如图2－53。这时折射波的聚焦或发散不仅与曲面的凹凸 有关，而且与界面两侧介质的波速有关。对于凹透镜，当 c1＜c2时聚焦，当c1＞c2时发散；对于凸透镜，当cl＞c2 时聚焦，当cl＜c2时发散。
图2－56 空心圆柱体反射波声压
2.8.4球面波在曲界面上的反射和折射
• 球面波在曲面上的折射 • 球面波入射到曲界面上，当其发生透射时，其折射波同 样会发生聚焦和发散，如教材图2－57。轴线上距顶点 x处的折射波声压为： 球形界面：
Px t P 1 a f [ x f (1 xc2 ) ac1
2a
图2－55 实心圆柱体反射波声压
2.8.4球面波在曲界面上的反射和折射
• （4）采用超声波径向探伤大型空心圆柱形锻件时，如 图2－56，类似于球面波在凸柱面上的反射，反射波发 散。以 x=a，f＝r/2代入式（2－54）取“＋”得到圆柱 面上入射点处的反射回波声压：
P 柱 P 1 2a P r 1 ar 2a P r 1 R 2a
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。
硅橡胶介质中超声传播与衰减的研究
硅橡胶介质中超声传播与衰减的研究随着工业领域的进步和发展，超声技术被广泛使用。
其中，超声波传播特性是超声技术中最重要的研究内容之一。
而硅橡胶作为一种优良的断桥隔热材料，近年来也被广泛研究作为超声传播介质。
本文将探讨硅橡胶介质中超声传播与衰减的研究。
一、硅橡胶介质中超声传播特性超声波是一种机械波，它在传播过程中会导致介质中分子的振动，从而产生压力波和剪切波。
硅橡胶是一种具有优异的弹性和耐热性质的高分子材料，具有较低的吸水性，可作为优质的超声波传播介质。
通过实验可知：波频在1~5 MHz区间的超声波在硅橡胶中的传播速度为410~460 m/s，而波频在10 MHz以上的超声波则可达到1250 m/s，这与硅橡胶的密度和弹性有关，同时也与硅橡胶的温度和湿度有关。
二、硅橡胶介质中超声波的衰减特性超声波在传播过程中，会受到各种各样的影响，比如介质中包含的杂质、温度、湿度、波量等。
这些因素都会影响超声波在介质中的传播。
然而，对于硅橡胶介质来说，最重要的因素是其内部的损耗因素。
硅橡胶具有一定的粘弹性，能吸收和分散超声波的能量，从而形成损耗效应，导致超声波在介质中的逐渐衰减。
硅橡胶的损耗系数是介质衰减的指标之一，通常介于0.01~0.1之间。
硅橡胶的损耗系数与温度、湿度等因素有关，一般来说，随着温度和湿度的升高，硅橡胶的损耗系数会逐渐增加，导致超声波的衰减越来越明显。
三、硅橡胶介质中超声波的应用硅橡胶介质的超声波应用广泛。
在医疗领域，超声波被广泛应用于诊断和治疗，硅橡胶被用作超声探头的传播介质。
在工业领域，超声波被广泛应用于材料检测和无损检测等领域，硅橡胶被用作材料检测的超声波传播介质。
此外，硅橡胶还被广泛应用于声学减震和隔音材料，例如车辆的汽车悬挂系统和隔音垫等。
综上所述，硅橡胶介质中超声传播与衰减的研究是超声技术研究的一个重要方向。
通过对硅橡胶介质中超声波传播和衰减的研究，可为超声技术在医疗和工业领域的应用提供重要的参考。
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。
超声波衰减系数的测量-讲义及数据
超声设计性实验： 超声波衰减系数的测量一、实验目的：测量超声波在空气和水中的衰减系数二、实验原理：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 xx 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----=-++-⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦⎡⎤⎡⎤=+----⎣⎦⎣⎦（3）OX 0X合成波各点均作简谐振动，其振幅分布为：()()12002222002Recos 2x x x xA A e R ek 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:()01xA 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 UA 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。
设超声波接收器在任意波峰位置处i x 时，示波器显示电压数值为i U ，则()()0ln ln 1A A R x α=+-（7）令()()00ln ln i U A A U y ==（8）()ln 1b R =+（9）则（7）式可以写成：y b x α=-（10）利用直线拟合方法，可以测量超声波在介质中的衰减系数。
超声波衰减方程
超声波衰减方程：理解声波在介质中的衰减现象
超声波衰减方程是描述超声波在介质中传播时，其振幅随距离增加而减少的数学模型。
超声波衰减是由于声波在传播过程中受到介质内部各种因素的影响，如散射、吸收和扩散等，导致声波能量逐渐减小。
理解超声波衰减方程对于声波的传播、探测和应用具有重要意义。
超声波衰减方程的一般形式为：A(x) = A₀e^(-αx)，其中A(x)表示在距离声源x处的声波振幅，A₀为声源处的振幅，α为衰减系数，表示声波振幅随距离衰减的速度。
衰减系数α与介质的性质、频率和温度等因素密切相关。
衰减系数α是超声波衰减方程中的关键参数。
它的大小反映了声波在介质中的衰减程度。
衰减系数α越大，表示声波衰减越快；反之，衰减系数α越小，表示声波衰减越慢。
衰减系数α与介质的声阻抗、声波频率以及介质中的散射和吸收等因素有关。
在实际应用中，超声波衰减方程对于声波探测、成像和治疗等方面具有重要意义。
例如，在医学超声成像中，通过测量超声波在人体组织中的衰减程度，可以推断出组织的声阻抗、密度等物理性质，进而得到组织的结构和病变信息。
此外，在声波通信、无损检测和材料科学等领域，超声波衰减方程也发挥着重要作用。
总之，超声波衰减方程是描述声波在介质中衰减现象的重要数学模型。
通过研究和应用该方程，我们可以更好地理解和利用超声波在各个领域的应用，为科学研究和工程实践提供有力支持。
超声波换能器 常见故障
超声波换能器常见故障
超声波换能器作为一种常见的传感器和测量设备，在使用过程中可能会出现一些常见的故障。
以下是一些可能的故障及其可能的原因和解决方法：
1. 衰减或失去信号：
可能原因，超声波换能器传感器头部受损或脏污、超声波波束被障碍物遮挡、超声波传感器连接线路故障。
解决方法，检查并清洁传感器头部，排除障碍物，检查线路连接是否松动或损坏。
2. 信号干扰：
可能原因，外部环境电磁干扰、电源干扰、信号线路干扰。
解决方法，将超声波传感器线路与电源线路隔离，增加屏蔽措施，使用抗干扰能力强的超声波传感器。
3. 温度漂移：
可能原因，超声波传感器长时间工作后温度过高导致性能下降。
解决方法，定期对超声波传感器进行散热，避免长时间高温工作。
4. 距离测量不准确：
可能原因，超声波传感器与目标物之间有杂音或多路径反射问题。
解决方法，增加超声波传感器的滤波功能，调整传感器的安装
位置，避免多路径反射。
5. 组件老化：
可能原因，超声波传感器内部元件老化。
解决方法，更换超声波传感器内部元件或整个传感器。
总的来说，超声波换能器的常见故障可能包括信号衰减、信号
干扰、温度漂移、测量不准确和组件老化等问题。
对于这些问题，及时的维护保养和定期的检测维修是非常重要的，以确保超声波换能器的正常工作和准确测量。
超声波特性
1.声速：超声波在不同介质中传输速度是不同的。
气体350m/s左右，液体中1500m/s左右；固体中5000m/s左右。
2.声衰减在空气中，超声波除了因扩散引起衰减外，由于空气中的粘滞性、热传导以及分子的吸收也会引起衰减。
在20℃时的空气中，衰减系数在20℃时的水中，衰减系数如换算成位移衰减到I/e的距离x（1/ɑ）,则空气中x（m）=则水中x（m）=从表中可以看出：空气可水相比，其声衰减随频率的增大而急剧增加，即空气（各种气体均如此）不利于高频声传播，衰减很快，如500KHZ以上。
所以液体中超声一般选择1-5MHz，而气体中超声一般选择50-300KHz。
当然选择频率时还应考虑超声换能器之间的距离（声程）以及测量精度等要求。
3.特性阻抗与声反射、声折射、声散射特性阻抗由介质的密度和声速之积确定。
气体、液体和固体的特性阻抗之比约为1:3000:80000，差异很大。
超声从一种介质进入另一种介质的能力取决于特性阻抗。
流体中只存在纵波，纵波从流体向固体倾斜射入，在固体中除纵波外，还存在横波。
高频率的声波，如2MHZ，在照射到含有气泡和固体颗粒时液体时，会产生声散射。
4.超声换能器的指向性式中：--------指向性半角；--------波长；--------圆型辐射面直径气体介质中换能器的角一般取3-7度；液体介质中换能器的角一般取2-10度；可以上换能器的指向性均要求尖锐，以使能量较为集中。
5.温度特性在水中中，超声传播速度随温度升高而增大，但在90℃之后又开始减小。
1. 压电陶瓷片PZT用于测量液体流量的超声换能器，工作频率在0.5-5MHz.PZT压电片（圆形、半圆形、方形、矩形）是常用的形式，它的频率由下公式确定式中：-----------频率常数，PZT均为2200；-----------厚度（应远小于横向尺寸）。
1MHz的PZT圆片，直径10-12mm，厚度约2mm；1.5MHz的的PZT圆片，直径15mm左右，厚度约1.3mm；2. 换能器的基本结构压电圆片换能器一般结构有一下三种：液体换能器中，若在前后端设置匹配层，可有效提高电声转换效率和扩展频带宽度。
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超声波在介质中传播时，其能量会随传播距离的增加而 减弱，这种现象称为超声波的衰减。
1、超声波散射引起的衰减；
超声波在传播过程中，遇到不均匀和各向异性的金属晶 粒时会在界面发生散乱反射、折射和波形转换，从而消 耗超声波的能量，这种衰减称为散射衰减。
2、介质吸收引起的衰减 超声波传播时质点间的相对运动和相互摩擦使部分声能 转换成热能，通过热引导引起衰减称为介质吸收引起的 衰减。
3、声束扩散引起的衰减 超声波随传播距离增大扩散程度也会加大，这种形式引