概述：聲波的分類

1.次聲波次聲波是頻率低于20赫茲的聲波，人耳聽不到，但可與人體器官發(fā)生共振，7~8Hz的次聲波會(huì)引起人的恐怖感，動(dòng)作不協(xié)調(diào)，甚至導(dǎo)致心臟停止跳動(dòng)。4/12/202512.可聞聲波

美妙的音樂(lè)可使人陶醉。4/12/202523.超聲波蝙蝠能發(fā)出和聽見超聲波。4/12/20253蝙蝠依靠超聲波捕食4/12/20254超聲波與可聞聲波不同，它可以被聚焦，具有能量集中的特點(diǎn)。

超聲波霧化器

超聲波加濕器4/12/20255壓電陶瓷或磁致伸縮材料在高電壓窄脈沖作用下，可得到較大功率的超聲波，可以被聚焦，能用于集成電路及塑料的焊接。

超聲波塑料焊接機(jī)4/12/20256超聲波金絲焊接機(jī)4/12/20257超聲波被聚焦后，具有較好的方向性，在遇到兩種介質(zhì)的分界面時(shí)，能產(chǎn)生明顯的反射和折射現(xiàn)象，這一現(xiàn)象類似于光波。便攜式超聲波探魚器4/12/20258超聲波在醫(yī)學(xué)檢查中的應(yīng)用胎兒的

B超影像4/12/20259超聲波用于高效清洗當(dāng)強(qiáng)的聲波信號(hào)作用于液體時(shí)，則會(huì)對(duì)液體產(chǎn)生一定的正壓，即液體體積被壓縮減小，液體中形成的微小氣泡被壓碎。每個(gè)氣泡的破裂會(huì)產(chǎn)生能量極大的沖擊波，相當(dāng)于瞬間產(chǎn)生幾百度的高溫和高達(dá)上千個(gè)大氣壓的壓力，這種現(xiàn)象被稱之為“空化作用”，超聲波清洗正是利用液體中氣泡破裂所產(chǎn)生的沖擊波來(lái)達(dá)到清洗和沖刷工件內(nèi)外表面的作用。超聲清洗多用于半導(dǎo)體、機(jī)械、玻璃、醫(yī)療儀器等行業(yè)。4/12/202510超聲波清洗原理及清洗器

（參考湖南省瀏陽(yáng)市醫(yī)用儀具廠、北京德泰隆科技發(fā)展有限責(zé)任公司資料）超聲換能器氣泡波浪清洗物4/12/202511超聲波的傳播波型主要可分為縱波、橫波、表面波等幾種。

第一節(jié)超聲波物理基礎(chǔ)

4/12/202512

頻率高于20kHz的機(jī)械振動(dòng)波稱為超聲波。它的指向性很好，能量集中，因此穿透本領(lǐng)大，能穿透幾米厚的鋼板，而能量損失不大。在遇到兩種介質(zhì)的分界面（例如鋼板與空氣的交界面）時(shí)，能產(chǎn)生明顯的反射和折射現(xiàn)象，超聲波的頻率越高，其聲場(chǎng)指向性就愈好。4/12/202513聲速、波長(zhǎng)和指向性傾斜入射時(shí)的反射與折射 超聲波以一定的入射角從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)的分界面上時(shí)產(chǎn)生反射和折射現(xiàn)象，類似光學(xué)。垂直入射時(shí)的反射與折射兩介質(zhì)聲阻抗相等或接近時(shí)，全投射從密度小介質(zhì)射向密度大的介質(zhì)時(shí)反射和折射率均大。從密度大介質(zhì)射向密度小的介質(zhì)時(shí)反射率大，折射率小聲波在介質(zhì)中的衰減介質(zhì)中的晶體交界面和缺陷界面會(huì)引起超聲波散射介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)傳導(dǎo)超聲波時(shí)，存在彈性滯后及分子內(nèi)摩擦傳播超聲波的材料存在各向異性結(jié)構(gòu)，將發(fā)生散射。4/12/202514

第二節(jié)超聲波換能器及耦合技術(shù)

超聲波換能器又稱超聲波探頭。超聲波換能器的工作原理有壓電式、磁致伸縮式、電磁式等數(shù)種，在檢測(cè)技術(shù)中主要采用壓電式。超聲波探頭又分為直探頭、斜探頭、雙探頭、表面波探頭、聚焦探頭、沖水探頭、水浸探頭、高溫探頭、空氣傳導(dǎo)探頭以及其他專用探頭等。4/12/202515各種超聲波探頭

（以下參考常州市常超檢測(cè)設(shè)備有限公司資料）常用頻率范圍：0.5~10MHz，常見晶片直徑：5~30mm接觸式直探頭（縱波垂直入射到被檢介質(zhì)）外殼用金屬制作，保護(hù)膜用硬度很高的耐磨材料制作，防止壓電晶片磨損。

保護(hù)膜接插件4/12/202516接觸式直探頭原理超聲脈沖電壓輸入端

接地端4/12/202517接觸式斜探頭（橫波、瑞利波或蘭姆波探頭）壓電晶片粘貼在與底面成一定角度（如30

、45

等）的有機(jī)玻璃斜楔塊上，當(dāng)斜楔塊與不同材料的被測(cè)介質(zhì)（試件）接觸時(shí)，超聲波將產(chǎn)生一定角度的折射，傾斜入射到試件中去，可產(chǎn)生多次反射，而傳播到較遠(yuǎn)處去。底部耐磨材料接插件4/12/202518各種接觸式斜探頭常用頻率范圍：1~5MHz4/12/202519接觸法雙晶直探頭將兩個(gè)單晶探頭組合裝配在同一殼體內(nèi)，其中一片發(fā)射超聲波，另一片接收超聲波。兩晶片之間用一片吸聲性能強(qiáng)、絕緣性能好的薄片加以隔離。雙晶探頭的結(jié)構(gòu)雖然復(fù)雜些，但檢測(cè)精度比單晶直探頭高，且超聲信號(hào)的反射和接收的控制電路簡(jiǎn)單。

發(fā)射晶片接收晶片4/12/202520各種雙晶直探頭焦距范圍：5~40mm,頻率范圍：2.5~5MHz，鋼中折射角：45

~70

4/12/202521接觸法雙晶斜探頭（續(xù)）4/12/202522水浸探頭

（可用自來(lái)水作為耦合劑）選擇聲透鏡形狀，可決定聚焦形式為點(diǎn)聚焦或線聚焦。4/12/202523聚焦探頭由于超聲波的波長(zhǎng)很短（毫米數(shù)量級(jí)），所以它也類似光波，可以被聚焦成十分細(xì)的聲束，其直徑可小到1mm左右，可以分辨試件中細(xì)小的缺陷，這種探頭稱為聚焦探頭。聚焦探頭采用曲面晶片來(lái)發(fā)出聚焦的超聲波；也可以采用兩種不同聲速的塑料來(lái)制作聲透鏡；也可以利用類似光學(xué)反射鏡的原理制作聲凹面鏡來(lái)聚焦超聲波。4/12/202524聚焦探頭原理及外形水浸聚焦探頭4/12/202525超聲波探頭中的壓電陶瓷芯片將數(shù)百伏的超聲電脈沖加到壓電晶片上，利用逆壓電效應(yīng)，使晶片發(fā)射出持續(xù)時(shí)間很短的超聲振動(dòng)波。當(dāng)超聲波經(jīng)被測(cè)物反射回到壓電晶片時(shí)，利用壓電效應(yīng)，將機(jī)械振動(dòng)波轉(zhuǎn)換成同頻率的交變電荷和電壓。4/12/202526壓電陶瓷的主要性能指標(biāo)

1)介電常數(shù)：1000~60002)壓電靈敏度D33：300~600pC/N3)機(jī)械品質(zhì)因素Q：100~20004)居里溫度：300~400

C5）靜電容：1000~100000pF（與面積有關(guān)）6）頻率范圍：用于超聲清洗：30~100KHz用于探傷儀及流量計(jì)：2.5~5MHz用于霧化器：1~2MHz4/12/202527耦合劑

超聲探頭與被測(cè)物體接觸時(shí)，探頭與被測(cè)物體表面間存在一層空氣薄層，空氣將引起三個(gè)界面間強(qiáng)烈的雜亂反射波，造成干擾，并造成很大的衰減。為此，必須將接觸面之間的空氣排擠掉。在工業(yè)中，經(jīng)常使用耦合劑，使之充滿在接觸層中，起到傳遞超聲波的作用。常用的耦合劑有自來(lái)水、機(jī)油、甘油、水玻璃、膠水、化學(xué)漿糊等。4/12/202528空氣超聲探頭

a）

超聲發(fā)射器b）超聲接收器

1—外殼2—金屬絲網(wǎng)罩3—錐形共振盤4—壓電晶片5—引腳6—阻抗匹配器7—超聲波束

4/12/202529空氣超聲探頭（續(xù)）

4/12/202530空氣超聲探頭外形4/12/202531空氣超聲探頭外形（續(xù)）4/12/202532空氣傳導(dǎo)超聲波電脈沖發(fā)生器4/12/202533第三節(jié)超聲波傳感器的應(yīng)用

當(dāng)超聲發(fā)射器與接收器分別置于被測(cè)物兩側(cè)時(shí)，這種類型稱為透射型。透射型可用于遙控器、防盜報(bào)警器、接近開關(guān)等。超聲發(fā)射器與接收器置于同側(cè)的屬于反射型，反射型可用于接近開關(guān)、測(cè)距、測(cè)液位或物位、金屬探傷以及測(cè)厚等。

4/12/202534超聲波傳感器應(yīng)用舉例

4/12/202535超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）

4/12/202536超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）質(zhì)量檢查緊固件的安裝錯(cuò)誤檢測(cè)4/12/202537疊放高度測(cè)量超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）4/12/202538超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）物件放置錯(cuò)誤檢測(cè)4/12/202539超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）透明塑料張力控制4/12/202540機(jī)械手定位超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）4/12/202541紙卷直徑檢測(cè)超聲波傳感器

應(yīng)用舉例（續(xù)）4/12/202542平整度測(cè)量超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）4/12/202543超長(zhǎng)距離檢測(cè)超聲波傳感器

應(yīng)用舉例（續(xù)）4/12/202544流水線計(jì)數(shù)超聲波傳感器

應(yīng)用舉例（續(xù)）4/12/202545一、超聲波流量計(jì)

F1發(fā)射的超聲波先到達(dá)T14/12/202546測(cè)量流量原理分類

時(shí)間差法測(cè)量流量原理：在被測(cè)管道上下游的一定距離上，分別安裝兩對(duì)超聲波發(fā)射和接收探頭（F1，T1）、（F2，T2），其中F1，T1的超聲波是順流傳播的，而F2，T2的超聲波是逆流傳播的。由于這兩束超聲波在液體中傳播速度的不同，測(cè)量?jī)山邮仗筋^上超聲波傳播的時(shí)間差

t，可得到流體的平均速度及流量。4/12/202547F1發(fā)射的超聲波到達(dá)F2的時(shí)間較短4/12/202548

頻率差法測(cè)量流量原理：

F1、F2是完全相同的超聲探頭，安裝在管壁外面，通過(guò)電子開關(guān)的控制，交替地作為超聲波發(fā)射器與接收器用。首先由F1發(fā)射出第一個(gè)超聲脈沖，它通過(guò)管壁、流體及另一側(cè)管壁被F2接收，此信號(hào)經(jīng)放大后再次觸發(fā)F1的驅(qū)動(dòng)電路，使F1發(fā)射第二個(gè)聲脈沖。緊接著，由F2發(fā)射超聲脈沖，而F1作接收器，可以測(cè)得F1的脈沖重復(fù)頻率為f1。同理可以測(cè)得F2的脈沖重復(fù)頻率為f2。順流發(fā)射頻率f1與逆流發(fā)射頻率f2的頻率差

f與被測(cè)流速v成正比。F2F14/12/202549

發(fā)射、接收探頭也可以安裝在管道的同一側(cè)4/12/202550同側(cè)式超聲波流量計(jì)的使用

（參考北京菲波儀表有限公司資料）4/12/202551超聲波流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)使用4/12/202552超聲波流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)使用4/12/202553超聲波多普勒測(cè)量車速4/12/202554多普勒效應(yīng)前進(jìn)方向的頻率升高如果波源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，那么觀察者接收到的頻率和波源的頻率就不相同了，這種現(xiàn)象叫做多普勒效應(yīng)。測(cè)出

f就可得到運(yùn)動(dòng)速度。4/12/202555超聲波多普勒測(cè)量風(fēng)速風(fēng)

不同的風(fēng)向引起超聲波的頻率變大或變小4/12/202556超聲波測(cè)距

空氣超聲探頭發(fā)射超聲脈沖，到達(dá)被測(cè)物時(shí)，被反射回來(lái)，并被另一只空氣超聲探頭所接收。測(cè)出從發(fā)射超聲波脈沖到接收超聲波脈沖所需的時(shí)間t，再乘以空氣的聲速（340m/s），就是超聲脈沖在被測(cè)距離所經(jīng)歷的路程，除以2就得到距離。4/12/202557超聲波測(cè)厚

雙晶直探頭中的壓電晶片發(fā)射超聲振動(dòng)脈沖，超聲脈沖到達(dá)試件底面時(shí)，被反射回來(lái)，并被另一只壓電晶片所接收。只要測(cè)出從發(fā)射超聲波脈沖到接收超聲波脈沖所需的時(shí)間t，再乘以被測(cè)體的聲速常數(shù)c，就是超聲脈沖在被測(cè)件中所經(jīng)歷的來(lái)回距離，再除以2，就得到厚度

：4/12/202558手持式超聲波測(cè)厚儀4/12/202559手持式超聲波

測(cè)厚儀（續(xù)）4/12/202560手持式超聲波

測(cè)厚儀（續(xù)）金屬構(gòu)件測(cè)厚4/12/202561某超聲波測(cè)厚儀指標(biāo)

（參考北京北方大河儀器儀表有限公司資料）顯示方法∶128*32LCD點(diǎn)陣液晶顯示（帶背光）

顯示位數(shù)：四位

測(cè)量范圍：0.8~200mm

示值精度：0.1mm

聲速范圍：1000~9999m/s

測(cè)量周期：2次/秒

自動(dòng)關(guān)機(jī)時(shí)間：90秒

電源：二節(jié)七號(hào)（AAA）電池，可連續(xù)工作不少于72小時(shí)

使用溫度：-10°C~40°C

存儲(chǔ)溫度：-20°C~70°C

外形尺寸：108x61x25mm

重量：230g（含電池）4/12/202562超聲波測(cè)厚（續(xù)）石料測(cè)厚4/12/202563超聲波手持式測(cè)厚混凝土測(cè)厚木材測(cè)厚小提琴木料測(cè)厚4/12/202564雙晶超聲波測(cè)厚探頭4/12/202565雙晶超聲波測(cè)厚探頭（續(xù)）4/12/202566超聲波測(cè)量液位和物位原理在液罐上方安裝空氣傳導(dǎo)型超聲發(fā)射器和接收器，根據(jù)超聲波的往返時(shí)間，就可測(cè)得液體的液面。

4/12/202567超聲波液位計(jì)原理1—液面2—直管3—空氣超聲探頭4—反射小板5—電子開關(guān)根據(jù)顯示波形計(jì)算液位4/12/202568超聲波測(cè)量液位和物位

喇叭形超聲發(fā)生器4/12/202569超聲防盜報(bào)警器

圖中的上半部分為發(fā)射電路，下半部分為接收電路。發(fā)射器發(fā)射出頻率f=40kHz左右的超聲波。如果有人進(jìn)入信號(hào)的有效區(qū)域，相對(duì)速度為v，從人體反射回接收器的超聲波將由于多普勒效應(yīng)，而發(fā)生頻率偏移

f。

4/12/202570第四節(jié)無(wú)損探傷

一、無(wú)損探傷的基本概念人們?cè)谑褂酶鞣N材料（尤其是金屬材料）的長(zhǎng)期實(shí)踐中，觀察到大量的斷裂現(xiàn)象，它曾給人類帶來(lái)許多災(zāi)難事故。涉及艦船、飛機(jī)、軸類、壓力容器、宇航器、核設(shè)備等。

路軌斷裂事故4/12/202571無(wú)損探傷一般有三種含義

無(wú)損檢測(cè)NDT（NondestructiveTsting）、無(wú)損檢查NDI（NondestructiveInspection）和無(wú)損評(píng)價(jià)NDE（NondestructiveEvaluation）。NDT僅僅是檢測(cè)出缺陷；NDI則以NDT結(jié)果為判定基礎(chǔ)；而NDE則是對(duì)被測(cè)對(duì)象的完整性、可靠性等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。近年來(lái)，無(wú)損探傷已逐步從NDT向NDE過(guò)渡。4/12/202572無(wú)損探傷的方法對(duì)缺陷的檢測(cè)手段有破壞性試驗(yàn)和無(wú)損探傷。由于無(wú)損探傷以不損壞被檢驗(yàn)對(duì)象為前提，所以得到廣泛應(yīng)用。無(wú)損檢測(cè)的方法有磁粉檢測(cè)法、電渦流法、熒光染色滲透法、放射線（x光、中子）照相檢測(cè)法、超聲波探傷法等。

4/12/202573磁粉檢測(cè)法磁懸液磁粉檢測(cè)儀將磁懸液噴灑在工件表面，將電流檢測(cè)頭夾持在被測(cè)工件上，通以數(shù)百安培的電流，工件中將產(chǎn)生磁場(chǎng)，工件表面的裂紋可因磁粉的不均勻分布而顯示出來(lái)。4/12/202574X光探傷將X光發(fā)生器對(duì)準(zhǔn)被測(cè)位置，將感光片貼在物體背面，人離開后通上高壓電，再將感光片沖洗出影像，即可觀察到缺陷。4/12/202575計(jì)算機(jī)斷層成像