超聲波原理及其應用專題試驗論文專業：土木工程姓名：makasha學號：-指導教師：-試驗日期：2011.10.14試驗時段：04超聲波原理及其應用專題試驗論文摘要：主要介紹超聲波的產生原理與傳播、超聲波聲速的測量、利用超聲波測量固體的彈性常數以及超聲波的探測與成像基本原理。通過對實驗的操作過程的反思與總結，加深對超聲波的認識和了解。關鍵詞：超聲波產生原理與傳播 超聲波聲速 固體彈性常數 背景：自19世紀末到20世紀初，在物理學上發現了壓電效應與反壓電效應之后，人們解決了利用電子學技術產生超聲波的辦法，從此迅速揭開了發展與推廣超聲技術的歷史篇章。本文主要介紹關于超聲波的基本知識和通過動手實驗驗證的一些結論。論述：一、超聲波的產生原理與傳播1、產生某些固體物質，在壓力（或拉力）作用下產生形變，從而是物質本身計劃，在物體相對的表面出現正、負舒服電荷，這一效應稱為壓電效應。如果晶體片內部的質點的振動方向垂直于晶體的平面，那么晶片向外發射的就是超聲縱波。超聲波在介質中傳播可以有不同的波形，它取決于介質可以介質可以承受何種作用力以及如何對介質激發超聲波。2、傳播超聲波在媒質中的反射、折射、衍射、散射等傳播規律，通常以縱波的方式在彈性介質內會傳播，是一種能量的傳播形式，與可聽聲波的規律沒有本質上的區別。波型通常有三種：（1）橫波：當介質中質點的振動方向與超聲波的傳播方向垂直時，此種超聲波為橫渡波型。猶豫固體介質除了能承受體積形變外，還能承受切變變形，因此當其有剪切力交替作用于固體介質時，均能產生橫波。橫波只能在固體介質中傳播。（2）縱波：當介質內質點振動方向與超聲波的傳播方向一致時，此超聲波為縱波波型。任何同體介質當其體積發生交替變化時均能產生縱波。（3）表面波：是沿著固體表面傳播的具有縱波和橫波雙重性質的波。表面波可以看成是由平行于表面的縱波和垂直于表面的橫波合成，振動質點的軌跡為一橢圓，在距離表面1/4波長深處振幅最大，隨著深度的增加很快衰減，實際上距離表面一個波長以上的地方，質點的振動振幅就已經很微弱了。二、超聲波聲速的測量1、斜探頭入射點測量把斜探頭放在試塊下，并使其靠近試塊背面，使探頭的斜射聲束入射在R2圓弧面上，左右移動探頭，使回波幅度最大，這時測LR2。L0=R2-L2、斜探頭折射角的測量首先使斜探頭的橫波聲束正對試塊上的A孔，測XA；然后左移探頭，讓橫波聲束正對B橫孔，并測Xb，LAB和HABs=arctan(XA-Xb-L)/H3、波形轉換的觀察與測量通過移動探頭，觀察回波，即可確定對應的波型和反射面。4、計算呂試塊的楊氏模量和泊松系數聲波傳播的的橫波波速：C=d/t在各向同性的固體介質中，各種波形的超聲波聲速為：其中E為楊氏模量，為泊松系數，為材料密度。相應的算出介質的彈性常數：三、超聲波的探測與成像基本原理1、超聲波的探測超聲探頭發射能量的指向性與探頭的幾何尺寸和波長有直接關系，一般來講，波長越小，頻率越高，指向性越好；尺寸越大，指向性越好。在進行缺陷定位時，必須先找到缺陷反射回波最大的位置，是的被測缺陷處于探頭的中心軸上。然后測量缺陷反射回波對應的時間，根據工件的聲速可以計算出缺陷到探頭入射點的垂直深度或水平距離。（1）測量直探頭的擴散角：利用直探頭找到B通孔對應的回波，移動探頭使回波幅度最大，并記錄對應點位置X0及對應回波的幅度；左移探頭使回波幅度減小到最大振幅的一半，記錄對應的位置X1；同理，測探頭右移時回波振幅至最大振幅的一半，記錄位置X2,則擴散角為：=2arctan(|X2-X1|2L)L為所測通孔與表面間的距離。（2）測量斜探頭的擴散角：首先必須測量出探頭的折射角，然后利用測量直探頭相同的辦法，計算斜探頭的擴散角近似為：=2arctan(|X2-X1|2Lcos2)2、超聲波的成像基本原理（1）直探頭探測CSK-IB試塊中缺陷C的深度Hc=CL (tc-t0)/2（2）用斜探頭探測試塊中缺陷D的深度和距試塊右邊沿的距離深度H=Mtan，M為超聲波在材料中傳播的距離；水平距離L=Mcot，是斜探測材料中的折射角。結論我的收獲：經過理論學習與動手試驗，可總結出超聲波的三點性質、九點應用如下：四點性質1. 超聲波在傳播時，方向性強，能量易于集中。 2. 超聲波能量高。 3. 超聲波與傳聲媒質的界面上會產生反射、折射和波型轉換現象。 4. 超聲波能在各種不同媒質中傳播，且可傳播足夠遠的距離。九點應用1. 測量：距離、流速、流量、厚度2. 探測：超聲測距、安防探測、醫學成像、無損探測、水下聲納、地質勘探、管道檢漏、觸摸屏3. 霧化：加濕、盆景、園藝、消毒、4. 清潔：珠寶、首飾、精密零件5. 加工：磨削、鉆孔、拋光、焊接6. 醫療：結石破碎、醫學成像、呼吸醫療7. 生物：促進種子發芽8. 化學：加快酒類醇化、加快化學反應速度原理簡述：超聲波清洗原理：超聲波通過換能器轉換成高頻機械振蕩而傳播到介質，清洗溶劑中超聲波在清洗液中疏密相間的向前輻射，使液體流動而產生數以萬計的微小氣泡，存在于液體中的微小氣泡（空化核）在聲場的作用下振動，當聲壓達到一定值時，氣泡迅速增長，然后突然閉合，在氣泡閉合時產生沖擊波，在其周圍產生上千個大氣壓力，破壞不溶性污物而使它們分散于清洗液中，當團體粒子被油污裹著而粘附在清洗件表面時，油被乳化，固體粒子即脫離，從而達到清洗件表面凈化的目的。醫學方面：將超聲波發射到人體內，當它在體內遇到界面時會發生反射及折射，并且在人體組織中可能被吸收而衰減。因為人體各種組織的形態與結構是不相同的，因此其反射與折射以及吸收超聲波的程度也就不同，醫生們正是通過儀器所反映出的波型、曲線，或影象的特征來辨別它們。此外再結合解剖學知識、正常與病理的改變，便可診斷所檢查的器官是否有病。我對試驗的感受與思考：超聲波系列專題試驗讓我對超聲波有了更加深入的了解和認識，并初步掌握了測量、計算相關數據的方法。試驗中，由于試驗結果與操作者的