第二三章物理基礎(chǔ)

歡迎參加超聲檢測(cè)III級(jí)資格鑒定培訓(xùn)etothetrainingProgramforUTlevelIIIqualification

晏榮明深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院電話：電郵：超聲檢測(cè)

ULTRASONICTESTING

晏榮明中國(guó)無損檢測(cè)學(xué)會(huì)理事廣東無損檢測(cè)學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)深圳無損檢測(cè)學(xué)會(huì)常務(wù)副理事長(zhǎng)兼秘書長(zhǎng)美國(guó)無損檢測(cè)學(xué)會(huì)III級(jí)(RTUTMTPT)(編號(hào)94364)愿望Expectation通過考試，獲取證書；接受培訓(xùn)，學(xué)有所成；認(rèn)識(shí)同行，廣交朋友；暫避工作，兼顧旅游。途徑Waytosucceed增強(qiáng)信心，相信自己；認(rèn)真聽課，積極思考；每天復(fù)習(xí)，多做勤練；相互溝通，共同長(zhǎng)進(jìn)。第一章概論

Chapter1GeneralIntroduction超聲檢測(cè)的歷史History超聲波的特點(diǎn)Characteristics超聲檢測(cè)原理Principles超聲檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)和限制

Advantages&limitations超聲檢測(cè)的歷史1808年，測(cè)量了鐵管中的聲速；1826年，Colladon和Sturm在日內(nèi)瓦湖中測(cè)量了水下聲速。1830年，F(xiàn)elixirSavart利用一個(gè)大齒輪產(chǎn)生了24kHz聲音。1880’年代，Jacques-Paul和PierreCurie兄弟發(fā)現(xiàn)了壓電效應(yīng)。超聲檢測(cè)的歷史R.A.Fessenden研制了種低頻（0.540~1.1kHz）的活塞聲源，可成功探測(cè)水下冰山。1915年，M.ConstantinChilowsky為探測(cè)潛艇提出方案——聲波測(cè)距，后來PaulLangevin利用石英壓電換能器可探測(cè)1500米遠(yuǎn)的潛艇。1929年，蘇聯(lián)的S.Y.Sokolov和德國(guó)的Q.Muhlhauser首先提出用超聲波以穿透法來尋找金屬中隱藏的不連續(xù)性。超聲檢測(cè)的歷史1930’，F(xiàn)irestone使用超聲檢驗(yàn)用脈沖回波儀。1937年，Sokolov創(chuàng)造了一基于壓電效應(yīng)的超聲成像管。20世紀(jì)30年代，超聲脈沖回波被開發(fā)用于潛艇探測(cè).1940年，F(xiàn)loydFirestone提出了采用超聲脈沖反射法的探傷裝置和測(cè)量?jī)x器的專利申請(qǐng)。1947年，通用汽車公司制成了第一臺(tái)超聲共振測(cè)厚儀。超聲檢測(cè)的歷史1948年，DonaldErdman提出了脈沖回波水浸檢驗(yàn)技術(shù)，他首先采用了B掃描超聲檢驗(yàn)。W.P.Mason在1948年和J.Kaiser于1950年從金屬試樣上觀察到聲發(fā)射現(xiàn)象。1955年，電磁聲換能器（EMAT）和激光超聲。1959年，Kroutkromer發(fā)明AVG曲線。超聲檢測(cè)的歷史1964年，焊縫超聲檢測(cè)技術(shù)。70’，裂紋高度測(cè)量，結(jié)合斷裂力學(xué)，評(píng)估結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和壽命預(yù)測(cè)。80’，隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)的發(fā)展，超聲檢測(cè)自動(dòng)化和成像技術(shù)發(fā)展迅速。超聲波的特點(diǎn)超聲波能量高超聲波穿透力強(qiáng)超聲波方向性好超聲檢測(cè)原理

——主要應(yīng)用的超聲特性反射特性——利用異質(zhì)界面超聲波反射回波檢測(cè)不連續(xù)性。折射特性——利用異質(zhì)界面超聲波折射，檢測(cè)傾斜不連續(xù)性；斜角探頭制作。衍射特性——利用超聲波在裂紋尖端衍射，測(cè)量裂紋高度、檢測(cè)不連續(xù)性——TOFD技術(shù)。超聲檢測(cè)原理

——主要應(yīng)用的超聲特性速度特性——測(cè)量應(yīng)力、濃度、孔隙率、針孔度等。衰減特性——測(cè)量晶粒度諧振特性——測(cè)厚、聲振檢測(cè)頻譜特性——定性分析、信號(hào)處理。超聲檢測(cè)優(yōu)點(diǎn)和限制超聲檢測(cè)優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、穿透力強(qiáng)、材料適應(yīng)面廣、檢測(cè)速度塊、成本低、對(duì)人體無害。超聲檢測(cè)限制：存在檢測(cè)盲區(qū)、對(duì)形狀復(fù)雜的工件困難、缺陷定性定量尚不準(zhǔn)、對(duì)檢測(cè)員要求較高。第二章超聲檢測(cè)的物理基礎(chǔ)Chapter2PhysicalFoundationsforUltrasonicTesting

目錄Contents機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波聲波的種類聲波的疊加、干涉、衍射聲波的傳播速度聲場(chǎng)的特征值聲波垂直入射到界面時(shí)的反射和折射聲波傾斜入射到界面時(shí)的反射、折射與波型轉(zhuǎn)換超聲波的聚焦與發(fā)散超聲波的衰減機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波

MechanicVibrationandWave機(jī)械振動(dòng)機(jī)械波機(jī)械振動(dòng)——諧振動(dòng)振動(dòng)：質(zhì)點(diǎn)不停地在平衡位置附近往復(fù)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。

諧振動(dòng)：質(zhì)點(diǎn)受到跟位移成正比、方向總是指向平衡位置的回復(fù)力作用下的振動(dòng)。

振動(dòng)方程：

機(jī)械振動(dòng)——諧振動(dòng)特點(diǎn)：位移隨時(shí)間的變化符合余弦規(guī)律；振幅和頻率始終保持不變、自由、周期的振動(dòng)——最基本、最簡(jiǎn)單的理想的振動(dòng)；固有頻率由系統(tǒng)本身決定；只有彈力或重力做功，機(jī)械能守恒。

機(jī)械振動(dòng)——阻尼振動(dòng)定義：振幅或能量隨時(shí)間不斷減少的振動(dòng)。振動(dòng)方程特點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)的振幅隨時(shí)間不斷減小，直至為零；不符合機(jī)械能守恒。機(jī)械振動(dòng)——阻尼振動(dòng)在超聲檢測(cè)的應(yīng)用超聲檢測(cè)換能器設(shè)計(jì)：晶片澆注背襯，使振動(dòng)迅速停止，縮短脈沖寬度，提高檢測(cè)分辨率。機(jī)械振動(dòng)——強(qiáng)迫振動(dòng)定義：在周期外力的作用下物體所作的振動(dòng)。振動(dòng)方程特點(diǎn)：穩(wěn)定后為諧振動(dòng)，振幅不變，頻率與策動(dòng)力相同;不符合機(jī)械能守恒。機(jī)械振動(dòng)——受迫振動(dòng)共振當(dāng)策動(dòng)力的頻率與其固有頻率相同時(shí)，振幅達(dá)到最大的現(xiàn)象。超聲檢測(cè)的應(yīng)用：超聲檢測(cè)換能器晶片在發(fā)射超聲信號(hào)的激勵(lì)下作受迫振動(dòng)；接受信號(hào)時(shí)亦然。

機(jī)械波——產(chǎn)生與傳播機(jī)械波機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中傳播形成機(jī)械波。彈性介質(zhì)由以彈性力保持平衡的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)所構(gòu)成。

機(jī)械波——產(chǎn)生與傳播產(chǎn)生機(jī)械波的條件機(jī)械振動(dòng)源、彈性介質(zhì)。特點(diǎn)：機(jī)械振動(dòng)是機(jī)械波的根源、機(jī)械波是機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)的傳播。機(jī)械波的傳播不是物質(zhì)的傳播，而是振動(dòng)狀態(tài)和能量的傳播。

機(jī)械波——產(chǎn)生與傳播彈性波、聲波在彈性介質(zhì)中傳播的機(jī)械振動(dòng)。

簡(jiǎn)諧波當(dāng)振動(dòng)源作諧振動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的波。

機(jī)械波——物理量周期、頻率、波長(zhǎng)和波速：機(jī)械波——波動(dòng)方程原點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方程波動(dòng)方程聲波的種類

ClassificationofSoundWave按頻率分按波型分按波形分按振動(dòng)的持續(xù)時(shí)間分聲波的種類——按頻率分次聲波：f<20Hz可聞聲波：20Hz<f<20kHz超聲波：f>20kHz聲波的種類——按波型分縱波（壓力波、壓縮波、疏密波）

longitudinal(compressive)wave特點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向一致。應(yīng)用最廣泛，適合于檢測(cè)與工件表面平行的不連續(xù)性。聲波的種類——按波型分橫波（剪切波）transversewave(sheerwave)

特點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直。應(yīng)用廣泛，適合于檢測(cè)與工件表面傾斜的不連續(xù)性。聲波的種類——按波型分表面波（瑞利波）surfacewave/Rayleighwave特點(diǎn)：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)軌跡為橢圓應(yīng)用：較廣泛，適合于檢測(cè)工件表面不連續(xù)性。聲波的種類——按波型分板波(蘭姆波)platewave（Lambwave）特點(diǎn)：整板振動(dòng)。應(yīng)用：較廣泛，薄板檢測(cè)。聲波的種類——按波形分波陣面：同一時(shí)刻相同振動(dòng)狀態(tài)質(zhì)點(diǎn)組成的面。平面波無窮大平板聲源產(chǎn)生的波陣面為平面的聲波。特點(diǎn)：在無窮大均勻彈性理想介質(zhì)中，振幅不衰減應(yīng)用：直探頭輻射的聲波在晶片附近近似平面波.

聲波的種類——按波形分球面波球狀聲源產(chǎn)生的波陣面為球面的聲波。

特點(diǎn)振幅與距聲源距離成反比。應(yīng)用超聲換能器輻射聲波在足夠遠(yuǎn)處近似球面波；所有規(guī)則反射體回波聲壓計(jì)算的前提。

聲波的種類——按波形分柱面波柱狀聲源產(chǎn)生的波陣面為柱面的聲波。特點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)振幅與聲程的平方根成反比。

聲波的種類——按波形分活塞波實(shí)際超聲檢測(cè)換能器輻射的聲波。特點(diǎn)既非平面波，也非球面波。近處接近平面波；遠(yuǎn)處接近球面波。

聲波的種類——按振動(dòng)的持續(xù)時(shí)間分連續(xù)波脈沖波應(yīng)用連續(xù)波——較少；脈沖波——強(qiáng)度高、靈敏度高、脈沖窄、頻帶寬、分辨率高，應(yīng)用廣泛。聲波的種類——按振動(dòng)的持續(xù)時(shí)間分頻譜峰值頻率中心頻率頻帶寬度頻譜分析脈沖波可分解為多個(gè)不同頻率的諧振動(dòng)的疊加。頻譜分析在超聲檢測(cè)中的應(yīng)用

——提高超聲無損檢測(cè)分辨率的方法

（《無損檢測(cè)》1997（4），P91）分析方法：傅立葉變換后作相關(guān)處理遠(yuǎn)場(chǎng)分辨率：兩相距6mm反射體頻譜分析在超聲檢測(cè)中的應(yīng)用

——提高超聲無損檢測(cè)分辨率的方法

（《無損檢測(cè)》1997（4），P91）遠(yuǎn)場(chǎng)分辨率：兩相距2mm反射體頻譜分析在超聲檢測(cè)中的應(yīng)用

——提高超聲無損檢測(cè)分辨率的方法

（《無損檢測(cè)》1997（4），P91）底面分辨率：底面3mm裂紋頻譜分析在超聲檢測(cè)中的應(yīng)用

——提高超聲無損檢測(cè)分辨率的方法

（《無損檢測(cè)》1997（4），P91）表面分辨率：距上表面2.5mm深的φ1mm平底孔聲波的疊加、干涉、衍射

Superposition,interference,diffraction波的疊加與干涉駐波惠更斯－菲涅耳原理與波的衍射波的疊加與干涉

波的疊加原理——獨(dú)立性原理幾列波在空間某處相遇時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)是各列波引起振動(dòng)的合成。波的干涉兩頻率相同、振動(dòng)方向相同、相位差恒定的波相遇時(shí)，某些地方振動(dòng)加強(qiáng)、另一些地方振動(dòng)減弱的現(xiàn)象。

波的疊加與干涉質(zhì)點(diǎn)M的合成駐波定義：兩列振幅相同的相干波在同一直線上沿相反方向傳播時(shí)相互疊加而成的波。干涉的特例。駐波特點(diǎn)：波腹：振幅為2A；波節(jié)：振幅為0；相鄰兩波腹或波節(jié)之間的距離在超聲檢測(cè)的應(yīng)用超聲檢測(cè)探頭晶片形成駐波時(shí)振動(dòng)最強(qiáng)，惠更斯－菲涅耳原理與波的衍射惠更斯原理：波陣面上的任何一點(diǎn)都可看作新的次波源，從波陣面上各點(diǎn)發(fā)出的許多次波形成的包絡(luò)就是新的波陣面。作用確定波前的幾何形狀和波的傳播方向,解釋波的反射、折射和衍射。如活塞波。惠更斯－菲涅耳原理與波的衍射波的衍射（繞射）惠更斯－菲涅耳原理與波的衍射對(duì)超聲檢測(cè)的影響有利：超聲波可在晶粒中傳播；不利：小缺陷反射波弱，易漏檢。超聲檢測(cè)的應(yīng)用利用衍射波檢測(cè)缺陷——TOFD技術(shù)；微小缺陷的檢測(cè)。超聲檢測(cè)靈敏度極限研究

<14thWCNDT>,1996P957A型脈沖反射式超聲檢測(cè)小缺陷回波幅度超聲檢測(cè)靈敏度極限研究

<14thWCNDT>,1996P957超聲檢測(cè)靈敏度極限研究

<14thWCNDT>,1996P957靈敏度受檢測(cè)系統(tǒng)、耦合、工件性質(zhì)、不連續(xù)性性質(zhì)、檢測(cè)頻率的影響。聲波的傳播速度SoundVelocity固體介質(zhì)中的聲速液體、氣體介質(zhì)中的聲速聲速的測(cè)量超聲波速度特性的應(yīng)用固體介質(zhì)中的聲速——

無限大固體介質(zhì)中的聲速聲速：介質(zhì)聲學(xué)特征參量。無限大固體介質(zhì)中的聲速：固體介質(zhì)中的聲速——

無限大固體介質(zhì)中的聲速特點(diǎn)：聲速取決于介質(zhì)和波型固體介質(zhì)中的聲速

——細(xì)長(zhǎng)棒中的縱波聲速固體介質(zhì)中的聲速——

聲速與溫度、應(yīng)力、均勻性的關(guān)系

固體介質(zhì)中的聲速——

聲速與溫度、應(yīng)力、均勻性的關(guān)系鑄鐵均勻性表面——冷卻速度快、晶粒細(xì)、速度大；中心——冷卻速度慢、晶粒粗、速度小。固體介質(zhì)中的聲速——蘭姆波聲速蘭姆波分類：對(duì)稱型（S）、非對(duì)稱型（A）相速度：相位傳播的速度群速度：包絡(luò)的傳播速度特點(diǎn)：頻散波——速度與頻率、板厚有關(guān)固體介質(zhì)中的聲速——蘭姆波聲速頻率方程固體介質(zhì)中的聲速——蘭姆波聲速相速度群速度液體、氣體介質(zhì)中的聲速液體、氣體中的縱波速度（不能傳播橫波）聲速與溫度的關(guān)系聲速的測(cè)量——超聲檢測(cè)儀器測(cè)量法原理特點(diǎn)：精度不高聲速的測(cè)量——測(cè)厚儀測(cè)量法共振法超聲波速度特性的應(yīng)用

——螺栓軸向應(yīng)力超聲測(cè)量法的研究

（南昌航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，1993.2）測(cè)量方法：改變軸向應(yīng)力，用聲速儀測(cè)量聲速，轉(zhuǎn)換為傳播時(shí)間。超聲波速度特性的應(yīng)用球墨鑄鐵球化率

C>5400m/s，球化率2-3級(jí)；

5300<C<5400m/s,球化率4-5級(jí)。鋁合金鑄件針孔度測(cè)量聲場(chǎng)的特征值

CharacteristicsParametersofSoundField聲壓SoundPressure聲阻抗Impedance聲強(qiáng)Intensity分貝與奈培Decibel&Neper聲壓定義：介質(zhì)中有聲波和沒有聲波傳導(dǎo)時(shí)某點(diǎn)的壓強(qiáng)之差。

聲壓結(jié)論：聲場(chǎng)中某點(diǎn)的聲壓隨時(shí)間和聲程周期變化；聲壓的幅值與密度、聲速和頻率成正比——超聲波的聲壓很高。超聲檢測(cè)中的應(yīng)用超聲檢測(cè)儀器顯示的信號(hào)幅度的本質(zhì)就是聲壓P。

聲阻抗定義聲場(chǎng)中任意一點(diǎn)的聲壓域該點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度之比。意義：表達(dá)材料聲學(xué)特性。應(yīng)用：超聲波的反射和透射取決于聲阻抗。

聲強(qiáng)

定義在垂直于聲波傳播方向上單位面積上的聲能。

平面波的聲強(qiáng)結(jié)論單位體積元內(nèi)的總能量周期性變化；聲強(qiáng)與頻率的平方成正比——超聲波的聲強(qiáng)遠(yuǎn)大于可聞聲波。

分貝與奈培

分貝與奈培應(yīng)用回波信號(hào)之間的比較超聲波垂直入射到界面時(shí)的反射和透射NormalBeamIncidence:

Reflection&Transmission單一平界面的反射率與透射率薄層界面的反射率與透射率聲壓往復(fù)透射率單一平界面的反射率與透射率單一平界面的反射率與透射率

單一平界面的反射率與透射率

單一平界面的反射率與透射率單一平界面的反射率與透射率

單一平界面的反射率與透射率薄層界面的反射率與透射率當(dāng)超聲波脈沖寬度小于薄層厚度時(shí)，反射波和透射波不干涉；否則，相互干涉。薄層界面的反射率與透射率薄層界面的反射率與透射率薄層界面的反射率與透射率鋼/鋁中氣隙/水隙透射率鋼/鋁中氣隙/水隙反射率薄層界面的反射率與透射率薄層界面的反射率與透射率薄層界面的反射率與透射率聲壓往復(fù)透射率聲壓往復(fù)透射率聲壓往復(fù)透射率常見界面聲壓往復(fù)透射率可見：

T往與介質(zhì)聲阻抗有關(guān)，與聲波入射方向無關(guān)；聲阻抗差距越大，T往越小，靈敏度越低；聲阻抗差距越小，T往越大，靈敏度越高聲波傾斜入射到界面時(shí)的反射、折射與波型轉(zhuǎn)換

ObliqueIncidence:Reflection,Refraction

&ModeConversion

反射、折射定律與波型轉(zhuǎn)換聲壓反射率聲壓往復(fù)透射率端角反射反射、折射定律與波型轉(zhuǎn)換

——縱波入射時(shí)

反射、折射定律與波型轉(zhuǎn)換

——臨界角反射、折射定律與波型轉(zhuǎn)換

——臨界角反射、折射定律與波型轉(zhuǎn)換

——橫波入射時(shí)

反射、折射定律與波型轉(zhuǎn)換

——第三臨界角定義：橫波傾斜入射，當(dāng)反射縱波全反射時(shí)的橫波入射角。聲壓反射率——

縱波傾斜入射到鋼/空氣界面影響聲壓反射率的因素：聲阻抗、入射角度可見：入射角等于60度時(shí)，縱波反射率較低，橫波反射率較高。聲壓反射率——

橫波傾斜入射到鋼/空氣界面可見：當(dāng)橫波入射角=30度時(shí)，橫波反射率很低；縱波反射率較高。聲壓往復(fù)透射率定義：與垂直入射相同。對(duì)水/鋼界面：透射率較低，靈敏度較低——采用聚焦技術(shù)。聲壓往復(fù)透射率對(duì)有機(jī)玻璃/鋼橫波折射角范圍：

45°～70°端角反射

定義：端角反射情況端角反射端角反射率可見，橫波入射時(shí)，入射角在30°和60°時(shí)端角反射率最低——根部未焊透的檢測(cè)應(yīng)注意選擇。超聲波的聚焦與發(fā)散

Focus&Diverge聲壓距離公式球面波在平界面上的反射與折射平面波在曲界面上的反射與折射球面波在曲界面上的反射與折射聲壓距離公式平面波：聲壓不隨距離變化球面波：柱面波：球面波在平界面上的反射與折射

——單一平界面上的反射規(guī)律：反射波仍為球面波；波源與入射波源對(duì)稱，反射波聲壓為：式中：r——聲壓反射率球面波在平界面上的反射與折射

——雙平界面上的反射規(guī)律：多次反射仍符合球面波規(guī)律；當(dāng)r=1，d較大，對(duì)脈沖波不產(chǎn)生干涉，前壁各次反射波聲壓比為：在超聲檢測(cè)中應(yīng)用當(dāng)d較大時(shí)，探頭輻射的超聲波近似為球面波，各底波的高度比符合的1:1/2:1/3:1/4:…球面波在平界面上的反射與折射

——單一平界面上的折射規(guī)律：折射波不再是嚴(yán)格的球面波，僅當(dāng)張角較小時(shí)近似為球面波：折射波的聲壓：式中：t——聲壓折射率平面波在曲界面上的反射與折射

——反射入射到球面時(shí)——反射波可視為從焦點(diǎn)發(fā)出的球面波，或聚焦、或發(fā)散，聲壓：式中：f——焦距，f=r/2

＋——用于發(fā)散，－——用于聚焦平面波在曲界面上的反射與折射

——反射入射到柱面時(shí)——反射波可視為從聚焦軸線發(fā)出的柱面波，或聚焦、或發(fā)散，聲壓：在超聲檢測(cè)中的應(yīng)用球形或柱形氣孔平面波在曲界面上的反射與折射

——折射影響聚焦或發(fā)散的因素：曲面的凹凸、聲速。a)c1<c2b)c1>c2c)c1>c2d)c1<c2平面波在曲界面上的反射與折射

——折射入射到球面透鏡：折射波可視為從焦點(diǎn)發(fā)出的球面波入射到柱面透鏡：折射波可視為從聚焦軸線發(fā)出的柱面波球面波在曲界面上的反射與折射

——反射規(guī)律：凹面聚焦、凸面發(fā)散在球面上的反射波為球面波，聲壓：在超聲檢測(cè)中的應(yīng)用距離探頭較遠(yuǎn)處的球形氣孔，由于發(fā)散，其回波較低，靈敏度較低。球面波在曲界面上的反射與折射

——反射在柱面上的反射波，既非單純的球面波，也非單純柱面波，聲壓為：W反射球面波在曲界面上的反射與折射

——反射徑向檢測(cè)空心圓柱體球面波在曲界面上的反射與折射

——折射球形界面柱形界面應(yīng)用：水浸法檢測(cè)柱形或球形工件，由于折射波發(fā)散，靈敏度很低，為此常用聚焦檢測(cè)。a)c1<c2b)c1>c2c)c1>c2d)c1<c2聲波的衰減SoundAttenuation衰減的原因衰減方程與衰減系數(shù)衰減系數(shù)的測(cè)量衰減的原因聲波傳導(dǎo)時(shí)衰減的原因：聲場(chǎng)的因素——擴(kuò)散衰減；介質(zhì)的因素——吸收、散射。

衰減的原因——擴(kuò)散衰減原理聲束擴(kuò)散，即隨著離聲源的距離增加聲束的截面不斷增大，使單位面積上的聲能不斷減少。影響因素僅取決于波陣面的形狀，與介質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。球面波：聲壓與離聲源距離成反比；柱面波：聲壓與離聲源距離的平方根成反比；平面波：聲壓不隨距離變化，所以不存在擴(kuò)散衰減衰減的原因——吸收衰減

原理聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)發(fā)生吸收現(xiàn)象并造成吸收衰減。影響因素由熱傳導(dǎo)引起的聲吸收；介質(zhì)的內(nèi)磨檫（黏滯性）引起的聲吸收——黏滯衰減。與頻率有關(guān)：衰減的原因——散射衰減

原理：當(dāng)聲波傳播中遇到障礙物時(shí)，如果，則將發(fā)生反射和折射；如果（如金屬晶粒），將發(fā)生顯著的繞射現(xiàn)象，造成能量損失，稱為散射衰減。影響因素：取決于晶粒平均尺寸與波長(zhǎng)的比值

衰減方程與衰減系數(shù)——方程衰減方程與衰減系數(shù)——衰減系數(shù)介質(zhì)衰減系數(shù)意義是表征材質(zhì)聲學(xué)性能的指標(biāo)。衰減方程與衰減系數(shù)——衰減系數(shù)可見：在超聲檢測(cè)中的應(yīng)用超聲檢測(cè)粗晶材料時(shí)，若檢測(cè)頻率高，衰減嚴(yán)重且雜波嚴(yán)重，信噪比低——奧氏體焊縫檢測(cè)的困難。根據(jù)材料衰減情況，判定晶粒度大小、缺陷密集程度、石墨含量、水中泥沙含量。衰減系數(shù)的測(cè)量

——薄工件衰減系數(shù)：要求工件兩表面平行、光潔；傳播距離在未擴(kuò)散區(qū)內(nèi)，無擴(kuò)散衰減。衰減系數(shù)的測(cè)量

——厚板或粗圓柱體衰減系數(shù)：要求：工件兩表面平行、光潔；傳播距離在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)內(nèi)，有擴(kuò)散衰減。第三章超聲波發(fā)射聲場(chǎng)與

規(guī)則反射體的回波聲壓

Chapter3SoundField

&EchoSoundPressure

目錄Contents縱波發(fā)射聲場(chǎng)橫波發(fā)射聲場(chǎng)聚焦聲源發(fā)射聲場(chǎng)規(guī)則反射體的回波聲壓AVG曲線縱波發(fā)射聲場(chǎng)

longitudinalWaveSoundField圓盤聲源輻射的縱波聲場(chǎng)矩形聲源輻射的縱波聲場(chǎng)縱波聲場(chǎng)近場(chǎng)區(qū)在兩種介質(zhì)中的分布實(shí)際聲場(chǎng)與理想聲場(chǎng)比較圓盤聲源輻射的縱波聲場(chǎng)

——聲軸線上的聲壓分布圓盤聲源輻射的縱波聲場(chǎng)

——聲軸線上的聲壓分布理論計(jì)算仿真圓盤聲源輻射的縱波聲場(chǎng)

——聲軸線上的聲壓分布近場(chǎng)區(qū)：在聲源附近由于波的干涉而出現(xiàn)一系列聲壓極大值和極小值的區(qū)域——菲涅爾區(qū)。在近場(chǎng)內(nèi)內(nèi)，聲束不擴(kuò)散。近場(chǎng)長(zhǎng)度圓盤聲源輻射的縱波聲場(chǎng)

——聲軸線上的聲壓分布遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)：聲程x>N的區(qū)域。聲壓隨聲程單調(diào)下降，當(dāng)x>3N時(shí)，——聲壓與聲程成反比——符合球面波的規(guī)律——所有規(guī)則反射體回波聲壓計(jì)算的基礎(chǔ)。圓盤聲源輻射的縱波聲場(chǎng)

——橫截面聲壓分布近場(chǎng)：存在中心軸線上聲壓為0的截面，軸線上聲壓為0，偏離中心聲壓較高；遠(yuǎn)場(chǎng)：軸線上聲壓最高，偏離中心聲壓逐漸降低。同一截面聲壓分布對(duì)稱。圓盤聲源輻射的縱波聲場(chǎng)

——橫截面聲壓分布仿真圓盤聲源輻射的縱波聲場(chǎng)

——橫截面聲壓分布應(yīng)用：探頭聲軸線偏離、折射角測(cè)量均應(yīng)在遠(yuǎn)場(chǎng)。圓盤聲源輻射的縱波聲場(chǎng)

——指向性和半擴(kuò)散角指向性：聲束集中向一個(gè)方向輻射的性質(zhì)。

圓盤聲源輻射的縱波聲場(chǎng)

——指向性和半擴(kuò)散角圓盤聲源輻射的縱波聲場(chǎng)

——指向性和半擴(kuò)散角

圓盤聲源輻射的縱波聲場(chǎng)

——指向性和半擴(kuò)散角圓盤聲源輻射的縱波聲場(chǎng)

——指向性和半擴(kuò)散角圓盤聲源輻射的縱波聲場(chǎng)

——指向性和半擴(kuò)散角圓盤聲源輻射的縱波聲場(chǎng)

——未擴(kuò)散區(qū)與擴(kuò)散區(qū)未擴(kuò)散區(qū)長(zhǎng)度矩形聲源輻射的縱波聲場(chǎng)

——聲軸線上聲壓分布矩形聲源輻射的縱波聲場(chǎng)

——聲軸線上聲壓分布聲壓計(jì)算與聲場(chǎng)仿真矩形聲源輻射的縱波聲場(chǎng)

——指向性

短邊平面

長(zhǎng)邊平面矩形聲源輻射的縱波聲場(chǎng)

——近場(chǎng)長(zhǎng)度近場(chǎng)長(zhǎng)度特點(diǎn)與源盤聲源相同?？v波聲場(chǎng)近場(chǎng)區(qū)在兩種介質(zhì)中的分布剩余近場(chǎng)長(zhǎng)度在水浸法檢測(cè)中，如水層距離小于水中近場(chǎng)長(zhǎng)度，則在鋼中的剩余近場(chǎng)長(zhǎng)度為：縱波聲場(chǎng)近場(chǎng)區(qū)在兩種介質(zhì)中的分布仿真實(shí)際聲場(chǎng)與理想聲場(chǎng)比較

——特點(diǎn)理想聲場(chǎng)：連續(xù)波均勻激勵(lì)、理想液體介質(zhì)；實(shí)際聲場(chǎng)：脈沖波非均勻激勵(lì)、固體介質(zhì)。特點(diǎn)：相同：遠(yuǎn)場(chǎng)；不同：近場(chǎng)：實(shí)際聲場(chǎng)近場(chǎng)的聲壓分布較均勻，幅度變化較小，極大值點(diǎn)的數(shù)量也少，極小值遠(yuǎn)大于0。實(shí)際聲場(chǎng)與理想聲場(chǎng)比較

——原因理想聲場(chǎng)時(shí)連續(xù)波，在某點(diǎn)完全干涉、實(shí)際聲場(chǎng)時(shí)脈沖波，部分干涉或不干涉；激勵(lì)脈沖包含了許多頻率成分，每個(gè)頻率的信號(hào)激勵(lì)晶片所產(chǎn)生的聲場(chǎng)相互疊加，使總聲壓分布趨于均勻；實(shí)際聲場(chǎng)與理想聲場(chǎng)比較

——原因?qū)嶋H聲場(chǎng)聲源的激勵(lì)非均勻，中間幅度大，邊緣幅度小，而干涉主要受邊緣的影響大，所以產(chǎn)生的干涉比均勻激勵(lì)時(shí)的小的多；理想聲場(chǎng)針對(duì)液體，聲壓線形疊加；實(shí)際聲場(chǎng)針對(duì)固體，聲壓方向在連接線上，疊加干涉少。橫波發(fā)射聲場(chǎng)

TransverseWaveSoundField假想橫波聲源橫波聲場(chǎng)的結(jié)構(gòu)假想橫波聲源假想：把第一介質(zhì)中的縱波聲場(chǎng)轉(zhuǎn)換為軸線與橫波波束一致的橫波聲場(chǎng)。假想橫波聲源為橢圓，長(zhǎng)軸為Ds，短軸為：橫波聲場(chǎng)的結(jié)構(gòu)——聲軸線上聲壓在足夠遠(yuǎn)處聲軸線上的聲壓：規(guī)律：與縱波相似。仿真橫波聲場(chǎng)的結(jié)構(gòu)——近場(chǎng)長(zhǎng)度假想橫波聲源的近場(chǎng)長(zhǎng)度橫波聲場(chǎng)中第二介質(zhì)中的近場(chǎng)長(zhǎng)度為：橫波聲場(chǎng)的結(jié)構(gòu)——近場(chǎng)長(zhǎng)度

橫波聲場(chǎng)的結(jié)構(gòu)——半擴(kuò)散角縱波折射的橫波聲場(chǎng)，聲束不對(duì)稱，存在上下兩半擴(kuò)散角：橫波聲場(chǎng)的結(jié)構(gòu)——半擴(kuò)散角橫波垂直入射聚焦聲源發(fā)射聲場(chǎng)聚焦聲場(chǎng)的形成聚焦聲場(chǎng)的特點(diǎn)和應(yīng)用聚焦聲場(chǎng)的形成分類：水浸、接觸聚焦聲場(chǎng)的特點(diǎn)和應(yīng)用

——聲壓分布聲壓分布可見，焦距F越小，B值越大，聚焦效果越好。聚焦聲場(chǎng)的特點(diǎn)和應(yīng)用

——焦柱幾何尺寸焦點(diǎn)：理想焦點(diǎn)是幾何點(diǎn)或線——按照幾何聲學(xué)在理想的情況下得到；實(shí)際焦點(diǎn)并非點(diǎn)或線，而是焦柱——干涉、聲透鏡存在球差。焦柱尺寸聚焦聲場(chǎng)的特點(diǎn)和應(yīng)用

——應(yīng)用粗晶材料檢測(cè)——聲束細(xì)，散射概率小，信噪比高，靈敏度高；缺陷尺寸測(cè)量——更準(zhǔn)確；裂紋高度測(cè)量——用衍射法測(cè)量準(zhǔn)確；缺點(diǎn)：聲束細(xì)、掃查效率低；固定焦距探頭僅適用于一定深度范圍。聚焦聲場(chǎng)的特點(diǎn)和應(yīng)用

《聲學(xué)技術(shù)》1994：3聚焦聲場(chǎng)的特點(diǎn)和應(yīng)用透鏡曲率、聲源尺寸、頻率對(duì)焦距的影響聚焦聲場(chǎng)的特點(diǎn)和應(yīng)用規(guī)律：焦距的