《超聲波基礎(chǔ)知識》課件

超聲波基礎(chǔ)知識超聲波是一種頻率高于人耳聽覺范圍的聲波。其應(yīng)用廣泛，涵蓋醫(yī)療、工業(yè)、軍事等領(lǐng)域。什么是超聲波聲波頻率超聲波是指頻率高于20千赫茲的聲波，人耳無法聽到。波長特征超聲波波長短，可以用于探測微小物體，進行高精度測量。傳播特性超聲波具有方向性強、能量集中、穿透能力強等特點。應(yīng)用廣泛超聲波在醫(yī)療、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，例如超聲診斷、超聲清洗、超聲探傷等。超聲波的產(chǎn)生1壓電效應(yīng)某些晶體在機械壓力下產(chǎn)生電荷2振動電場變化導致晶體振動3超聲波晶體振動頻率超過人類聽覺范圍超聲波的產(chǎn)生基于壓電效應(yīng)，當壓電材料受到機械壓力時會在其表面產(chǎn)生電荷，反之，當電場作用于壓電材料時會使其發(fā)生形變。通過向壓電晶體施加交變電壓，可以使晶體發(fā)生周期性形變，從而產(chǎn)生超聲波。超聲波的傳播介質(zhì)傳播超聲波通過介質(zhì)傳播，不同介質(zhì)的聲速不同，在固體中傳播速度最快，液體次之，氣體最慢。能量衰減超聲波在傳播過程中會受到介質(zhì)的阻礙，能量逐漸衰減，傳播距離有限。波形改變超聲波在不同介質(zhì)的交界處會發(fā)生反射、折射、衍射等現(xiàn)象，導致波形發(fā)生改變。應(yīng)用領(lǐng)域超聲波的傳播特性應(yīng)用于超聲探傷、超聲成像、超聲清洗等領(lǐng)域。超聲波的反射1入射角超聲波入射到界面上的角度。2反射角超聲波從界面反射后的角度。3反射強度取決于兩種介質(zhì)的聲阻抗差異。超聲波遇到不同介質(zhì)的界面時會發(fā)生反射。反射角等于入射角，符合反射定律。反射強度與兩種介質(zhì)的聲阻抗差異有關(guān)，聲阻抗差異越大，反射強度越高。超聲波的折射1定義超聲波在兩種不同介質(zhì)的界面發(fā)生傳播方向改變的現(xiàn)象。2影響因素超聲波在不同介質(zhì)中的傳播速度不同，折射角度取決于入射角和兩種介質(zhì)的聲速比。3應(yīng)用超聲波折射現(xiàn)象應(yīng)用于超聲波檢測、成像和治療等領(lǐng)域。超聲波的衍射1超聲波的衍射現(xiàn)象當超聲波遇到障礙物時，會發(fā)生衍射現(xiàn)象。由于波的波動性，超聲波會繞過障礙物繼續(xù)傳播。2衍射的影響因素超聲波的波長和障礙物的尺寸決定了衍射的程度。波長越短，衍射越小。障礙物越大，衍射越明顯。3應(yīng)用場景超聲波衍射現(xiàn)象在超聲探傷、超聲成像等領(lǐng)域都有應(yīng)用，如利用超聲波衍射來檢測物體內(nèi)部的缺陷或結(jié)構(gòu)。超聲波的吸收1介質(zhì)特性介質(zhì)的密度、粘度和聲阻抗都會影響超聲波的吸收。2頻率超聲波頻率越高，吸收率越高。3溫度溫度升高，吸收率也會升高。4距離超聲波在傳播過程中，能量逐漸衰減。超聲波在傳播過程中，一部分能量會轉(zhuǎn)化為熱能，導致能量衰減，這就是超聲波的吸收現(xiàn)象。超聲波的頻率特性頻率范圍超聲波是指頻率高于20kHz的聲波，頻率范圍可達兆赫茲(MHz)或更高。頻率影響超聲波的頻率決定其穿透深度、分辨率和能量，影響其在不同應(yīng)用中的性能。頻率應(yīng)用高頻超聲波用于超聲清洗、焊接和醫(yī)療診斷，而低頻超聲波則應(yīng)用于超聲探傷和聲吶系統(tǒng)。超聲波的振幅特性振幅與能量超聲波振幅是指超聲波在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)質(zhì)點偏離平衡位置的最大距離。振幅越大，超聲波能量越大，穿透能力越強。振幅與強度超聲波強度是指單位時間內(nèi)通過單位面積的超聲波能量。強度與振幅的平方成正比，振幅越大，強度越大。超聲波的相位特性相位超聲波信號的相位是指波形在時間上的位置。相位變化會影響波形傳播方向和能量分布。相位變化超聲波在介質(zhì)中傳播時，會發(fā)生相位變化，這取決于介質(zhì)的性質(zhì)、頻率和傳播路徑。相位干涉不同相位的超聲波相遇會發(fā)生干涉現(xiàn)象，導致波形疊加或抵消，影響檢測結(jié)果。超聲波的指向性集中發(fā)射超聲波探頭能夠?qū)⒙暡芰考邪l(fā)射到特定方向，提高檢測效率和精度。目標定位指向性強的超聲波探頭可以準確地定位目標，例如缺陷或裂紋，并提供更精確的測量結(jié)果。減少干擾超聲波指向性可以減少周圍環(huán)境噪聲和干擾，提高信噪比，使檢測結(jié)果更加清晰可靠。提高分辨率超聲波探頭的指向性可以提高其空間分辨率，使檢測結(jié)果更加細致，能夠識別更小的缺陷。超聲波的檢測原理超聲波檢測利用聲波在介質(zhì)中傳播的特性，通過分析聲波的反射、折射、散射等現(xiàn)象，實現(xiàn)對物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)、缺陷或材料性質(zhì)的檢測。1聲波發(fā)射超聲波探頭發(fā)射超聲波脈沖2聲波傳播超聲波在物體內(nèi)部傳播3聲波反射超聲波遇到物體內(nèi)部缺陷或邊界反射4信號接收超聲波探頭接收反射回來的聲波信號5信號分析根據(jù)接收到的信號分析物體內(nèi)部情況超聲波的測量方法脈沖反射法超聲波脈沖發(fā)射到被測物體，測量反射波到達時間，計算距離。駐波法利用超聲波在介質(zhì)中形成的駐波，測量駐波波腹或波節(jié)的位置，計算材料厚度。透射法超聲波通過被測物體，測量透射波的衰減，計算材料厚度或內(nèi)部缺陷大小。干涉法利用兩束超聲波干涉形成的干涉條紋，測量材料表面或內(nèi)部缺陷的位置和大小。超聲波儀器的組成發(fā)射器發(fā)射器產(chǎn)生超聲波，將電能轉(zhuǎn)換為聲能。接收器接收器接收反射回來的超聲波，將聲能轉(zhuǎn)換為電能。信號處理器信號處理器對接收到的信號進行處理，分析超聲波信號特征。顯示器顯示器將處理后的信號顯示出來，方便觀察和分析。超聲波換能器的類型1壓電換能器利用壓電效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)化為機械振動，反之亦然，廣泛應(yīng)用于超聲探傷和檢測。2電磁換能器利用電磁感應(yīng)原理將電能轉(zhuǎn)化為機械振動，主要用于高功率超聲應(yīng)用，如超聲清洗和焊接。3光聲換能器利用光聲效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化為聲能，應(yīng)用于生物醫(yī)學成像和光聲顯微鏡。4熱聲換能器利用熱聲效應(yīng)將熱能轉(zhuǎn)化為聲能，適用于低頻超聲應(yīng)用，如超聲清洗和超聲動力學。超聲波探頭的選擇頻率頻率決定了超聲波的穿透能力和分辨率。高頻探頭擁有更高的分辨率，但穿透能力較弱。低頻探頭穿透能力更強，但分辨率較低。尺寸探頭尺寸影響聲束大小和覆蓋范圍。小型探頭適用于檢測小尺寸缺陷，大型探頭則適合檢測大尺寸缺陷。材料探頭材料影響其抗壓性和耐腐蝕性。陶瓷探頭適用于高溫和腐蝕性環(huán)境，而壓電陶瓷探頭更適合普通應(yīng)用。形狀探頭形狀影響聲束方向和掃描范圍。直探頭適用于平面檢測，角度探頭則用于檢測傾斜的缺陷。超聲波探傷的工藝1準備工作首先，確定探傷目標的材質(zhì)，選擇合適的探頭和耦合劑。然后，清潔探傷表面，確保表面光滑，無油污或銹蝕。2探測過程將探頭與耦合劑放在探測表面，并調(diào)整探頭角度和掃描路徑，以確保聲波能夠有效地穿透被測物體并反射回來。3數(shù)據(jù)分析接收到的聲波信號通過儀器處理，生成圖像或數(shù)據(jù)，并根據(jù)標準進行分析，判斷是否存在缺陷，如裂紋、孔洞或夾雜物等。超聲波檢測的應(yīng)用領(lǐng)域醫(yī)療超聲波廣泛應(yīng)用于醫(yī)療診斷，例如產(chǎn)前檢查、心臟檢查和腹部檢查。工業(yè)工業(yè)領(lǐng)域，超聲波用于檢測材料缺陷，例如金屬零件、管道和焊縫。建筑建筑領(lǐng)域，超聲波用于檢測混凝土結(jié)構(gòu)的完整性，例如橋梁、隧道和房屋。汽車汽車領(lǐng)域，超聲波用于檢測發(fā)動機、變速箱和其他部件的故障。金屬材料的超聲探傷缺陷檢測探測金屬內(nèi)部的缺陷，如裂紋、孔洞、夾雜物等，幫助評估材料的完整性和安全性。材料厚度測量精確測量金屬材料的厚度，用于生產(chǎn)、加工和質(zhì)量控制。材料性質(zhì)分析通過超聲波的傳播速度、衰減等信息，分析金屬材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、晶粒尺寸、硬度等性質(zhì)。塑料材料的超聲檢測穿透性超聲波能夠穿透塑料材料，并根據(jù)聲波的反射和傳播情況，檢測出塑料材料內(nèi)部的缺陷。靈敏度超聲波檢測對塑料材料內(nèi)部的微小缺陷非常敏感，能夠有效地識別出肉眼無法發(fā)現(xiàn)的缺陷。無損檢測超聲波檢測是一種非破壞性檢測方法，不會對塑料材料造成任何損傷。速度快超聲波檢測速度快，可以快速地對塑料材料進行質(zhì)量檢驗，提高生產(chǎn)效率。復(fù)合材料的超聲探測復(fù)合材料特點復(fù)合材料由兩種或多種不同材料組成，具有高強度、輕量化等優(yōu)勢，在航空航天、汽車等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。超聲探測優(yōu)勢超聲波能穿透復(fù)合材料，并根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的差異產(chǎn)生反射和折射信號，可用于檢測材料內(nèi)部缺陷，如分層、空洞、脫粘等。超聲探測方法常用的超聲探測方法包括脈沖反射法、透射法、聲速法等，可根據(jù)材料的特性選擇合適的方法。檢測結(jié)果通過分析超聲信號，可以識別復(fù)合材料內(nèi)部缺陷的類型、位置、尺寸等信息，為材料質(zhì)量評估和產(chǎn)品安全提供可靠依據(jù)。焊縫的超聲檢測檢測缺陷超聲波檢測可發(fā)現(xiàn)焊縫中的各種缺陷，如裂紋、氣孔、夾雜物和未焊透等。評估質(zhì)量通過檢測結(jié)果評估焊縫質(zhì)量，確保焊接質(zhì)量符合相關(guān)標準和要求。提高效率超聲波檢測方法快速、高效，可大幅縮短檢測時間，提高工作效率。管道的超聲檢測管壁厚度測量超聲波可測量管壁厚度，檢測腐蝕、磨損等缺陷。缺陷定位超聲波探傷可精確定位管道內(nèi)部缺陷，如裂紋、孔洞。無損檢測超聲波檢測是一種無損檢測方法，不破壞管道，確保安全。數(shù)據(jù)分析超聲波檢測數(shù)據(jù)可用于評估管道狀態(tài)，預(yù)測未來風險。超聲波成像技術(shù)超聲波成像技術(shù)利用超聲波的反射和折射原理，通過發(fā)射和接收超聲波信號，重建目標的圖像。超聲波成像技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學、工業(yè)、水下探測等領(lǐng)域，例如醫(yī)學診斷、材料檢測、管道檢測等。相控陣超聲技術(shù)相控陣超聲技術(shù)是一種新型的超聲檢測技術(shù)，利用多個獨立控制的超聲換能器組成陣列，通過電子控制各個換能器的發(fā)射和接收時間，實現(xiàn)聲束的指向性控制、掃描和聚焦，能夠提高檢測效率和精度。相控陣超聲技術(shù)具有多項優(yōu)勢，包括：更高的檢測靈敏度、更快的檢測速度、更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域以及更便捷的操作方式。超聲波信號處理噪聲抑制減少干擾信號，提高信噪比，提高圖像清晰度。信號增強濾波、放大信號，提高檢測精度，改善圖像質(zhì)量。數(shù)據(jù)分析提取特征信息，識別缺陷類型，判斷材料性質(zhì)。軟件算法使用先進的信號處理算法，提高檢測效率和準確度。超聲波檢測的優(yōu)勢11.高靈敏度超聲波可以穿透材料，檢測微小的缺陷。22.非破壞性超聲波檢測不會損傷被測物體，可重復(fù)檢測。33.應(yīng)用廣泛超聲波檢測廣泛應(yīng)用于金屬、塑料、復(fù)合材料等。44.效率高超聲波檢測速度快，可節(jié)省檢測時間。超聲波檢測的局限性材料特性影響超聲波在不同材料中的傳播速度和衰減程度不同，這會影響檢測結(jié)果的準確性。幾何形狀限制對于幾何形狀復(fù)雜的物體，超聲波檢測可能會遇到困難，難以獲得準確的檢測結(jié)果。缺陷尺寸限制超聲波檢測對缺陷尺寸有一定的限制，無法檢測到過小的缺陷或隱藏在材料內(nèi)部的缺陷。操作員水平影響超聲波檢測結(jié)果的準確性也受到操作員的經(jīng)驗和技術(shù)水平影響，需要專業(yè)人員進行操作。超聲波檢測的未來發(fā)展人工智能人工智能算法可以提高檢測精度和效率，并實現(xiàn)自動化操作。多傳感器融合結(jié)合超聲波和其他傳感器，如視覺傳感器，可以獲取更全面的信息。新型材料隨著新材料的出現(xiàn)，超聲波檢測技術(shù)需要不斷適應(yīng)新的材料特性。數(shù)據(jù)分析大數(shù)據(jù)分析可以幫助識別潛在問題，預(yù)測材料的剩余壽命。案