《傳感器與檢測技術(shù)》課件-7.1-1超聲波的物理基礎(chǔ)

超聲波的物理基礎(chǔ)01聲波的類型0203超聲波的基本性質(zhì)

目錄超聲波的物理基礎(chǔ)一

、聲波的類型

1.次聲波我們平時聽到的聲音是由物體振動產(chǎn)生的，它的頻率在20～20kHz范圍內(nèi)。次聲波是頻率低于20Hz的聲波，人耳聽不到，但可與人的器官發(fā)生共振，7～8Hz的次聲波會引起熱的恐怖感，使人動作不協(xié)調(diào)，甚至導(dǎo)致心臟停止跳動。2.可聞聲波頻率在20Hz～20kHz的聲波一

、聲波的類型

一、聲波的類型3.超聲波超聲波是頻率超過20kHz的聲波。超聲波是人耳感覺不到，但許多動物都能感受到，如海豚、蝙蝠以及某些昆蟲。檢測常用的超聲波頻率范圍為：1×104HZ~1×107HZ。超聲波不同于聲波，其波長短，繞射現(xiàn)象小，且方向性好，傳播能量集中，能定向傳播。二、超聲波的物理基礎(chǔ)（1）超聲波的傳播方式橫波表面波縱波二、超聲波的物理基礎(chǔ)（2）縱波—質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向一致?？v波能在固體、液體和氣體中傳播。（3）橫波—質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直。

橫波只能在固體中傳播。

二、超聲波的物理基礎(chǔ)（4）表面波—質(zhì)點的振動介于縱波與橫波之間，沿著表面?zhèn)鞑?，振幅隨深度的增加而迅速衰減。

表面波只能在固體中傳播。二、超聲波的物理基礎(chǔ)（5）當(dāng)超聲波在兩種介質(zhì)中傳播時，在它們的界面上部分被反射回原介質(zhì)中，稱為反射波；（6）另一部分能透過界面，在另一介質(zhì)中繼續(xù)傳播稱為折射波。如圖7-1所示。圖7-1超聲波反射與折射二、超聲波的物理基礎(chǔ)三、超聲波的基本性質(zhì)1.傳播速度（1）超聲波的傳播速度與介質(zhì)的密度和彈性特性有關(guān)，也與環(huán)境條件有關(guān)。（2）對于液體，其傳播速度c為

（7-1）介質(zhì)的密度絕對壓縮系數(shù)三、超聲波的基本性質(zhì)1.傳播速度（3）在氣體中，傳播速度與氣體種類、壓力及溫度有關(guān)，在空氣中傳播速度c為環(huán)境溫度三、超聲波的基本性質(zhì)1.傳播速度（4）對固體，其傳播速度c為（7-3）固體的彈性模量泊松系數(shù)比三、超聲波的基本性質(zhì)（1）入射角的正弦與反射角的正弦之比等于入射波所處介質(zhì)的波速與反射波所處介質(zhì)的波速之比，即（7-4）

（2）當(dāng)入射波和反射波的波形一樣，波速一樣，入射角等于反射角。2.反射定律三、超聲波的基本性質(zhì)3.折射定律入射角的正弦與折射角的正弦之比等于超聲波在入射波及折射波所處介質(zhì)中的傳播速度之比，即（7-5）三、超聲波的基本性質(zhì)4.透射率與反射率（1）超聲波從第一介質(zhì)垂直入射到第二介質(zhì)中時，透射聲壓與入射聲壓之比稱為透射率。而反射聲壓與入射聲壓之比稱為反射率。（2）有理論和實驗得知，超聲波從密度小的介質(zhì)入射到密度大的介質(zhì)時，透射率較大，例如，超聲波從水中入射到鋼中時，透射率高達(dá)93.5%。反之，超聲波由密度大的介質(zhì)入射到密度小的介質(zhì)中時，透射率就較小，反射率較大。三、超聲波的基本性質(zhì)5.超聲波在介質(zhì)中的衰減（1）超聲波在介質(zhì)中傳播時，由于聲波的散射或漫射及吸收等會導(dǎo)致能量的衰減，隨傳播距離的增加，聲波的強(qiáng)度逐漸減弱。以固體介質(zhì)為例，設(shè)超聲波入射介質(zhì)時的強(qiáng)度為I0，通過一定厚度（δ）介質(zhì)后的強(qiáng)度為I，衰減系數(shù)為A，如圖7-2所示，則有下列關(guān)系式（7-6)圖7-2超聲波能量的衰減三、超聲波的基本性質(zhì)（2）介質(zhì)中的能量衰減程度與超聲波和介質(zhì)密度有很大關(guān)系。若氣體的密度很小，則衰減很快，尤其對于高頻率超聲波而言，衰減更快。因此，在空氣