2 超声波及超声检测原理 2. 1 超声波的基本性质 通常人耳能听到声音的频率范围在20}20KHz 之间，把超过20KHz 的声波称为超声波。超声波在本质上是一种机械波，所以它的产生必须依赖两个条件，一是有机械振动的声源，二是有能够传播振动的弹性介质。 波的种类是根据介质质点的震动方向和波动传播方向的关系来区分的。超声波在介质中传播的波形有许多种，有纵波、横波、表面波等。 2.1.1 超声场的特征量 充满超声波的空间叫做超声场。声压、声强度、声阻抗是描述超声场特征的几个重要物理量。 a.声压 超声场中某一点在某一瞬间所具有的压强与没有超声场存在时的静态压强之差被称为声压，常用 P 表示，单位为帕。超声波在介质中传播时，介质中每一点的声压随着时间t、距离 x 而变化，其公式为: pcvcxtwAwpp)(sin 式中P 为介质的密度、必为介质的角频率C 为超声波在介质中的波速，v 为介质质点的振动速度。可见声压的绝对值与波速以及角频率成正比。 b.声强度 在垂直于超声波方向上的单位面积内通过的声能量被称为声强度，也 称声强。 式中A 为超声波的振幅。从公式可见声强与质点振动的位移振幅的平方成正比，与质点振动的角频率的平方成正比。 C.声阻抗 从声压的公式可见，在同一声压下辉越大，质点振动速度就越小，反之亦然，它反映了声学特性，故将声的乘积作为介质的声阻抗，以符号 Z 表示。 2. 1. 2 超声波的速度及波长 超声波在介质中的传播速度与介质的弹性模量及介质的密度有关，对一定的介质其弹性模量和密度为常数，故声速也是常数。不同的介质有不同的声速。超声波的频率、波长和声谏之间的关系如下: 其中入超声波的波长、c 为超声波的速度、f 为超声波的频率。 2. 1. 3 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，其能量会逐渐减弱，这种现象叫超声的衰减。 从理论上讲，超声波能量衰减的起因有以下几个方面: a.由声束扩展引起的衰减 在声波的传播过程中，随着传播距离的增大，非平面波的声束在不断扩展增大，因此单位面积上的声能(或声压)随距离的增大而减弱，这种衰减称为扩散衰减，扩散衰减仅取决与波的几何形状而与传播介质的性质无关。 b.由散射引起的衰减 由于实际材料不可能是绝对均匀的，例如材料中有外来杂质、金属的第二相析出、晶粒的任意取向等均会导致整个材料声特性阻抗的不均，从而引起声的散射。被散射的超声波在介质中沿着复杂的路径传播下去，...
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