专题实验
请同学们先看下后边的注意事项！
超声波测试原理及应用
超声波是频率在2?104Hz~1012Hz的声波。超声广泛存在于自然界和日常生活中，如老鼠、海豚的叫声中含有超声成分，蝙蝠利用超声导航和觅食；金属片撞击和小孔漏气也能发出超声。
人们研究超声始于1830年，F. Savart曾用一个多齿轮，第一次人工产生了频率为2.4?104Hz的超声；1912年Titanic客轮事件后，科学家提出利用超声预测冰山；1916年第一次世界大战期间P. Langevin领导的研究小组开展了水下潜艇超声侦察的研究，为声纳技术奠定了基础；1927年，R. W. Wood 和A. E. Loomis 发表超声能量作用实验报告，奠定功率超声基础；1929年俄国学者Sokolov提出利用超声波良好穿透性来检测不透明体内部缺陷，以后美国科学家Firestone使超声波无损检测成为一种实用技术。
超声波测试把超声波作为一种信息载体，它已在海洋探查与开发、无损检测与评价、医学诊断等领域发挥着不可取代的独特作用。例如，在海洋应用中，超声波可以用来探测鱼群或冰山、潜艇导航或传送信息、地形地貌测绘和地质勘探等。在检测中，利用超声波检验固体材料内部的缺陷、材料尺寸测量、物理参数测量等。在医学中，可以利用超声波进行人体内部器官的组织结构扫描（B超诊断）和血流速度的测量（彩超诊断）等。
本实验简单介绍超声波的产生方法、传播规律和测试原理，通过对固体弹性常数的测量了解超声波在测试方面应用的特点；通过对试块尺寸的测量和人工反射体定位了解超声波在检验和探测方面的应用。
实验所用的仪器设备和主要器材包括：JDUT-2型超声波实验仪、GOS-620型示波器（20MHz）、CSK-IB型铝试块、钢板尺、耦合剂（水）等。
实验一、超声波的产生与传播
能够产生超声波的方法很多，常用的有压电效应方法、磁致伸缩效应方法、静电效应方法和电磁效应方法等.我们把能够实现超声能量与其他形式能量相互转换的器件称为超声波换能器。一般情况下，超声波换能器既能用于发射又能用于接收.
在本专题实验中，我们采用压电效应实现超声波信号与电信号的转换，即
压电换能器，它是利用压电材料的压电效应实现超声波的发射和接收。
实验目的
1．了解超声波产生和接收方法；
2．认识超声脉冲波及其特点；
实验原理
1．压电效应
某些固体物质，在压力（或拉力）的作用下产生变形，从而使物质本身极化，在物体相对的表面出现正、负束缚电荷，这一效应称为压电效应。
物质的压电效应与其内部的结构有关。如石英晶体的化学成分是SiO2，它可以看成由+4价的Si离子和-2价O离子组成。晶体内，两种离子形成有规律的六角形排列，如图ZZ-1
所示。其中三个正原子组成一个向右的正三角形，正电中心在三角形的重心处。类似，三个负原子对（六个负原子）组成一个向左的三角形，其负电中心也在这个三角形的重心处。晶体不受力时，两个三角形重心重合，六角形单元是电中性的。整个晶体由许多这样的六角形构成，也是电中性的。
图1.1 石英晶体的压电效应
当晶体沿x 方向受一拉力，或沿y 方向受一压力，上述六角形沿x 方向拉长，使得正、负电中心不重合。尽管这是六角形单元仍然是电中性的，但是正负电中心不重合，产生电偶极矩p 。整个晶体中有许多这样的电偶极矩排列，使得晶体极化，左右表面出现束缚电荷。当外力去掉，晶体恢复原来的形状，极化也消失。（许多大学物理教材都有关于电极化理论的介绍）
由于同样的原因，当晶体沿y 方向受拉力，或沿x 方向受压力，正原子三角形和负原子三角形都被压扁，也造成正、负电中心不重合。但是这时电偶极矩的方向与x 方向受拉力时相反，晶体的极化方向也相反。这就是压电效应产生的原因。
当外力沿z 轴方向（垂直于图ZZ1中的纸面方向），由于不造成正负电中心的相对位移，所以不产生压电效应。由此可见，石英晶体的压电效应是有方向性的。
当一个不受外力的石英晶体受电场作用，其正负离子向相反的方向移动，于是产生了晶体的变形。这一效应是逆压电效应。
还有一类晶体，如钛酸钡（BaTiCO 3），在室温下即使不受外力作用，正负电中心也不重合，具有自发极化现象。这类晶体也具有压电效应和逆压电效应，它们多是由人工制成的陶瓷材料，又叫压电陶瓷。本实验中超声波换能器采用的压电材料为压电陶瓷。
2． 脉冲超声波的产生及其特点
用作超声波换能器的压电陶瓷被加工成平面状，并在正反两面分别镀上银层作为电极，这样被称为压电晶片。当给压电晶片两极施加一个电压短脉冲时, 由于逆压效应，晶片将发生弹性形变而产生弹性振荡, 振荡频率与晶片的声速和厚度有关, 适当选择晶片的厚度可以得到超声频率范围的弹性波, 即超声波。在晶片的振动过程中，由于能量的减少，其振幅也逐渐减小，因此它发射出的是一个超声波波包，通常称为
脉冲波，如图1.2所示。超声波在材料内部传播时， 图1.2 脉冲波的产生 与被检对象相互作用发生散射，散射波被同一压电换能器接收, 由于正压效应, 振荡的晶片在两极产生振荡的电压, 电压被放大后可以用示波器显示。
图1.3(a)为超声波在试块中传播的示意图。图1.3(b)为示波器接收得到的超声波信号。图中，t 0为电脉冲施加在压电晶片的时刻，t 1是超声波传播到试块底面，又反射回来，被同一个探头接收的时刻。因此，超声波在试块中的传播到底面的时间为
2/)(01t t t -=
（1.1）
如果试块材质均匀，超声波声速c一定，则超声波在试块中的传播距离为
（1.2）
S.
t c
图1.3 脉冲超声波在试块中的传播（a）及示波器的接收信号(b)
3．超声波波型及换能器种类
如果晶片内部质点的振动方向垂直于晶片平面，那么晶片向外发射的就是超声纵波。超声波在介质中传播可以有不同的波型，它取决于介质可以承受何种作用力以及如何对介质激发超声波。通常有如下三种:
纵波波型：当介质中质点振动方向与超声波的传播方向一致时，此超声波为纵波波型。任何固体介质当其体积发生交替变化时均能产生纵波。
横波波型：当介质中质点的振动方向与超声波的传播方向相垂直时，此种超声波为横波波型。由于固体介质除了能承受体积变形外，还能承受切变变形，因此，当其有剪切力交替作用于固体介质时均能产生横波。横波只能在固体介质中传播。
表面波波型：是沿着固体表面传播的具有纵波和横波的双重性质的波。表面波可以看成是由平行于表面的纵波和垂直于表面的横波合成, 振动质点的轨迹为一椭圆，在距表面1/4波长深处振幅最强，随着深度的增加很快衰减，实际上离表面一个波长以上的地方，质点振动的振幅已经很微弱了。
1-外壳2-晶片3-吸收背
衬4-电极接线5-匹配电
感6-接插头7a-保护膜
7b-斜楔
图1.4直探头和斜探头的
基本结构
(a)直探头 (b)斜探头
在实际应用中，我们经常把超声波换能器称为超声波探头。实验中，常用的超声波探
头有直探头和斜探头两种，其结构如图1.4所示。探头通过保护膜或斜楔向外发射超声波；吸收背衬的作用是吸收晶片向背面发射的声波，以减少杂波；匹配电感的作用是调整脉冲波的波的形状。
一般情况下，采用直探头产生纵波，斜探头产生横波或表面波。对于斜探头，晶片受激发产生超声波后，声波首先在探头内部传播一段时间后，才到达试块的表面，这段时间我们称为探头的延迟。对于直探头，一般延迟较小，在测量精度要求不高的情况下，可以忽略不计。
4． 超声波的反射、折射与波型转换
在斜探头中，从晶片产生的超声波为纵波，它通过斜楔使超声波折射到试块内部，同时可以使纵波转换为横波。实际上，超声波在两种固体界面上发生折射和反射时，纵波可以折射和反射为横波，横波也可以折射和发射为纵波。超声波的这种现象称为波型转换，其图解如图1.5所示。
图1.5 超声波的反射、折射和波型转换
超声波在界面上的反射、折射和波型转换满足如下斯特令折射定律： 反射：
S S
L L C C C 11sin sin sin ααα=
= （1.3a ）
折射： S
S
L L C C C 22sin sin sin ββα=
= （1.3b ）
其中，αL 和αS 分别是纵波反射角和横波反射角；βL 和βS 分别是纵波折射角和横波折射角；C 1L 和C 1S 分别是第1种介质的纵波声速和横波声速；C 2L 和C 2S 分别是第2种介质的纵波声速和横波声速。
实验方案
1． 直探头延迟的测量及直接测量铝试块中纵波声速
参照附录A 连接JDUT-2型超声波实验仪和示波器。超声波实验仪接上直探头，并把探头放在CSK-IB 试块的正面，仪器的射频输出与示波器第1通道相连，触发与示波器外触发相连，示波器采用外触发方式，适当设置超声波实验仪衰减器的数值和示波器的电压范围与时间范围，使示波器上看到的波形如图1.7所示。
在图1.7中，S 称为始波，t 0对应于发射超声波的初始时刻；B 1称为 图1.7直探头延迟的测量
试块的1次底面回波，t 1对应于超声波传播到试块底面，并被发射回来后，被超声波探头接收到的时刻，因此t 1对应于超声波在试块内往复传播的时间；B 2 称为试块的2次底面回波，它对应于超声波在试块内往复传播到试块的上表面后，部分超声波被上表面反射，并被试块底面再次反射，即在试块内部往复传播两次后被接收到的超声波。依次类推，有3次、4次和多次底面反射回波。
从示波器上读出传播t 1和t 2，则直探头的延迟为
212t t t -=
(1.6)
利用附录里测块的厚度，结合延迟时间测量铝试块中纵波声速。
实验内容及要求
1． 测量直探头的延迟及直接测量铝试块中纵波声速
利用CSK-IB 试块60毫米的厚度进行测量。多次测量，求平均值。
实验二、超声波探测
光波只能穿过透明介质；电磁波只能穿过非导电介质；超声波是一种弹性波, 能够在弹性介质中传播，而所有物质都可视为弹性介质，因此超声波对所有介质都是“透明”的。一般情况下，超声在液体和固体中传播的距离比气体中的传播距离要远得多；例如在海洋探测中，可以用超声波来探测数千米的目标。这也是超声被广泛应用于探测的主要原因之一。
利用超声波进行探测的另一个原因是超声探头发射的能量具有较强的指向性。指向性是指超声波探头发射声束扩散角的大小。扩散角越小，则指向性越好，对目标定位的准确性越高。在固体材料的尺寸测量、无损检测、超声诊断、潜艇导航等超声应用中，都利用了超声波的这一特点。
本实验在了解超声波探头指向性的基础上，学习超声波用于探测的基本方法。
实验目的
1． 理解超声波探头的指向性；
2． 掌握超声波探测原理和定位方法。
实验原理
超声探头发射能量的指向性与探头的几何尺寸和波长有直接的关系。
一般来讲，波长越小，频率越高，指向性越好；尺寸越大，指向性越好。可以用公式表示如下：
)22
.1(sin 21D
λ
θ-=
（3.1）
图3.1是超声波探头的指向性与其尺寸和波长关系的示意图。对具有一定指向性要求的超声波探头，采用较高的频率可以使探头的尺寸变小。
图3.1 超声探头的指向性
在实际应用中，通常我们用偏离中心轴线后振幅减小一半的位置表示声束的边界。如图3.2所示，在同一深度位置，中心轴线上的能量最大，当偏离中线到位置A 、A ’时，能量减小到最大值的一半。其中θ角定义为探头的扩散角。θ越小，探头方向性越好，定位精度越高。
(a)直探头 (b)斜探头
图3.2 超声波探头的指向性
在进行缺陷定位时，必须找到缺陷反射回波最大的位置，使得被测缺陷处于探头的中心轴线上，然后测量缺陷反射回波对应的时间，根据工件的声速可以计算出缺陷到探头入射点的垂直深度或水平距离。
实验方案
1． 声束扩散角的测量
如图3.3所示，利用直探头分别找到B Φ1通孔对应的回波，移动探头使回波幅度最大，并记录该点的位置x 0及对应回波的幅度；然后向左边移动探头使回波幅度减小到最大振幅的一半，并记录该点的位置x 1；同样的方法记录下探头右移时回波幅度下降到最大振幅一半对应点的位置x 2；则直探头扩散角为：
L
x x tg 2|
|2121
-=-θ （3.2）
图3.3 探头扩散角的测量
对于斜探头，首先必须测量出探头的折射角β，然后利用测量直探头同样的方法，按下式计算斜探头的扩散角近似为：
]cos 2|
|[
22121βθL
x x tg -=- （3.3）
2． 直探头探测缺陷深度
在超声波探测中，可以利用直探头来探测较厚工件内部缺陷的位置和当量大小。把探头按图3.4位置放置，观察其波形。其中底波是工件底面的反射回波。
图3.4 直探头探测缺陷深度
对底面回波和缺陷波对应时间（深度）的测量，可以采用绝对测量方法，也可以采用相对测量方法。利用绝对测量方法时，必须首先测量（或已知）探头的延迟和被测材料的声速，具体方法请参看实验二直探头延迟和声速的绝对测量方法。利用相对测量方法时，必须有与被测材料同材质试块，并已知该试块的厚度，具体方法请参看实验二直探头延迟和声速的相对测量方法。
3． 斜探头测量缺陷的深度和水平距离 （1）斜探头延迟测量
参照图2.2把斜探头放在试块上，并使探头靠近试块正面，使探头的斜射声束能够同时入射在R1和R2圆弧面上。适当设置超声波实验仪衰减器的数值和示波器的电压范围与时
间范围。在示波器上同时观测到两个弧面的回波B 1和B 2。测量它们对应的时间t 1和t 2。由于R 2=2R 2，因此斜探头的延迟为：
212t t t -?=
(2.7)
（2）斜探头入射点测量
在确定斜探头的传播距离时，通常还要知道斜探头的入射点，即声束与被测试块表面的相交点，用探头前沿到该点的距离表示，又称前沿距离。
参照图 2.2把斜探头放在试块上，并使探头靠近试块正面，使探头的斜射声束入射在R 2圆弧面上，左右移动探头，使回波幅度最大（声束通过弧面的圆心）。这时，用钢板尺测量探头前沿到试块左端的距离L ，则前沿距离为：
L R L -=20
(2.8)
图2.2 斜探头延迟和入射点测量
(3) 斜探头测量缺陷的深度和水平距离
利用斜探头进行探测时，如果测量得到超声波在材料中传播的距离为S ，则其深度H 和水平距离L 为：
)tan(β?=S H (3.4) )tan(βc S L ?=
(3.5)
其中β是斜探头在被测材料中的折射角。
要实现对缺陷进行定位，除了必须测量（或已知）探头的延迟、入射点外，还必须测量（或已知）探头在该材质中的折
射角和声速。通常我们利用与被测材料同材质的试块中两个不同深度的横孔对斜探头的延迟、入射点、折射角和声速进行测量。
参看图3.5，A 、B 为试块中的两个横孔，让斜探头先后对正A 和
B ，测量得到它们的回波时间tA 、tB ，探头前沿到横孔的水平距离分别为xA 、xB ，已知它们的深度为HA 、HB ，则有：
图3.5斜探头参数测
量
A B x x S -=
(3.6) A B H H H -=
(3.7) 折射角：
)(
tan 1H
S
-=β
(3.8) 声速：
)
cos()(βA B t t H
c -=
(3.9)
延迟：
)
cos(0β?-
=c H t t B
B
(3.10)
前沿距离： B x H L -?=)tan(0β
(3.11)
实验内容及要求
1． 测量直探头的扩散角
利用CSK-IB 试块横孔A 和B 进行测量，画出声束图形。 2． 探测CSK-IB 试块中缺陷C 的深度
利用直探头，采用绝对测量方法测量；多次测量，求平均值。 3． 探测CSK-IB 试块中缺陷D 的深度和距试块右边沿的距离 先测量斜探头的延迟、入射点、折射角和声速，再探测缺陷。
注意事项：
（1）超声仪的发射接口向外发射400V的高压脉冲，因此它只能与探头相连，而不能与超声仪的射频、检波触发，或者示波器
的CH1、CH2、TRG相连，否则会损坏仪器！！！
（2）实验完毕，请将耦合剂擦干净！
附录A JDUT-2型超声波实验仪接线图
附录B CSK-IB铝试块尺寸图和材质参数
单位：毫米；尺寸：R1=30，R2=60，L A=20，H A=20，L B=20，H B=20。
哈尔滨工程大学 实验报告 实验名称：超声波法检测混凝土实验 班级：212 学号：05 姓名：纪强 合作者：黄昊、张艳慧 成绩：____________________________ 指导教师：梁晓羽 实验室名称：工程测试与检测技术实验室
目录 一．试验目的 二．试验仪器和设备 三．原理及试验装置 四．试验步骤 五．试验数据记录表格 六．注意事项 七．试验结果分析 八．问题讨论
一.试验目的 检测混凝土裂缝宽度，检测裂缝尺寸从而确定混凝土结构安全性。对混凝土裂缝超声检测进行实验研究，对预先设置在混凝土试件中的裂缝进行超声检测，将得到的检测数据与相应的理论值进行对比分析，讨论裂缝超声检测中存在的问题，对裂缝的检测方法提出建议。 二.试验仪器和设备 GTJ—F800 混凝土裂缝综合检测仪器，8500~11000RMB。 三.原理及试验装置 混凝土裂缝宽度检测试验原理：通过摄像头拍摄裂缝图像并放大显示在显示屏上，然后对裂缝图像进行图像处理和识别，执行特定的算法程序自动判读出裂缝宽度，仪器采用新型高精度、高灵敏度的光电转换器件进行图像采集，利用DSP 系统实现图像分析与处理，通过特征提取与优化算法自动判读裂缝宽度，同时在液晶屏上实时显示裂缝图像和裂缝宽度的测试结果。
裂缝深度检测试验原理：超声波在不同介质中传播时，将发生反射、折射、绕射和衰减等现象,表现为接收换能器上接收的超声波信号的声时、振幅、波形和频率发生相应变化,对这些变化分析处理就可以判定结构内部裂缝的深度。图中, H为试件高度;h为构造裂缝度 ;L1为射换能器距构造裂缝的水平距离;L2 为接收换能器距构造裂缝的水平距离。 四.试验步骤 制作带裂缝混凝土试件：该试件长0·6m，宽0·5m，高0·4m，混凝土强度C25，采用石子粒径30mm左右，裂缝深度90~100mm，缝宽 0~10mm。
实验38 超声波系列实验 一、实验目的 (1).熟悉XYZ-2A 型超声波综合设计实验仪的用法； (2).了解压电换能器的功能，加深对驻波及振动合成等理论知识的理解； (3).学习用共振干涉法、相位比较法等方法测定超声波在空气中的声速； (4).熟悉超声波探伤的基本原理和方法； (5).掌握液位计的设计原理及方法。 二、参考资料 XYZ-2A 型超声波综合设计实验仪说明书，大学物理教材机械波一章。 三、仪器及用具 XYZ-2A 型超声波综合设计实验仪，探头，示波器。 四、实验原理 1．声速的测量 由波动理论知道，在波动过程中，波的频率f 、声速V 、波长λ之间有以下关系： λ?=f V （1） 所以实验中只要测定出声波的频率f 和波长λ即可求出波速V 。常用的测量声波波长的方 法有共振干涉法和相位比较法。 （1） 共振干涉法(驻波法) 当两列波幅度相同、方向相反的声波叠加时产生驻波。设有一从发射源发出的一定频率 的平面声波，我们称之为前进波，方程为： )2cos(1x t A y λπ ω-= 此前进波经过空气传播，到达接收器。如果接收面与发射面严格平行，入射波即在接收面上 垂直反射，反射波为： )2cos(2x t A y λ πω+ = 则入射波与反射波合成的声波为 t x A x t A x t A y y y ωλπλπωλπ ωcos 2cos 2)2cos()2cos(21?? ????=++-=+= （2） 这里ω为声波的角频率，t 为经过的时间，x 为经过的距离。式（1-2）表明，在发射面和 接收面之间形成了驻波场，即各点都在作同频率振动，而各点的 振幅?????? x A λπ2cos 2是位置x 的余弦函数，对应于02cos =x λ π的点静止不动，成为波节，
超声波美容仪器纤姿宝丽姿QZ-62 QZ-62超声波美容仪器/ QZ-62超声波美颜仪器 产品介绍 超声波美容仪器是指拥有频率超过1万赫兹以上的机械振动波，该振动波具有机械作用、温热作用和化学作用的美容仪器。超声波美容仪器是利用超声波穿透力强、能深入皮下4～6厘米的特点在人身体、面部进行理疗来达到减肥塑身以及美白改善肤质的目的。例如：纤姿宝丽姿QZ-62超声波美容仪。 产品特点 1、超声波以其治疗范围广、疗效好、见效快而受到美容界的关注，动力光超声波采用轻便小巧的手持式机体以及简单的操作方法，无论何时何地都可以方便使用。 2、超声波美容仪使用智能芯片控制，每个疗程按标准时间15～20分钟自动设定，不会因为操作不当或时间过长引起皮肤的不良反应。采用频率为一兆赫兹的超声波，每秒可以输出100万次的振动，输出波形稳定持久不会产生疲乏力，输出强度分为低、中、高三段，使用时可根据需要方便选择，充分发挥其动力。 3、超声波美容仪探头采用高硬度纯不锈钢制做而成，不会出现磨损、生锈、表层脱落现象，而且产生振动的核心压电振子与探头粘着牢固，在高温下也能长期稳定工作，使用寿命大大延长。
4、超声波美容仪还加入了独特新颖的光谱疗法，用户可以在不同的时间针对皮肤细胞的选择光波来刺激提高细胞的活跃性，增加其含氧量。 功能 1. 超声波功率强、能量大，作用于面部可以使皮肤细胞随之振动，产生微细的按摩作用，改变细胞容积，从而，改善局部血液和淋巴液的循环，增强细胞的通透性，提高组织的新陈代谢和再生能力，软化组织，刺激神经系统及细胞功能，使皮肤富有光泽和弹性。 2. 超声波美容仪智能营养导入/清洁导出功能，清洁毛孔、洁面排毒、营养导入、美白淡班、紧致去皱、瘦身瘦面。 3. 动力红光Skin Power活肌能量有效活化细胞，增生骨胶原蛋白，肌肤变得柔嫩幼滑。 4. 蓝光有效消炎去痘，收细毛孔调节肌肤油脂分秘水油平衡，减少油光面及粉刺形成。 5. 超声波美容仪营养导入功能，比一般超音波或光离子导入强效2倍，皮肤更好吸收。 6. 超声波美容仪紧致提升功能，有效活化细胞、增生骨胶原蛋白、肌肤变得柔嫩富弹力。 7. 超声波美容仪烧脂功能，有效温热软化脂肪、促进新陈代谢、瘦身瘦面效能。 使用方法 1.清洁面部皮肤，然后做喷雾机蒸面十分钟。 2.用适合收敛水轻拍于面部各个部位至吸收，使皮肤得以彻底的消毒和最佳保护。 3.将精华素均匀地抹在脸上，以声头操作时灵活转动为准。 4.接通电源，选择适当输出插座，接上超声探头。 5.按电源开关,调好功率大小 6.调节适当时间，一般为15分钟。 注意事项 1、使用仪器前应先将理疗部位皮肤清洗干净，以免污垢随超声波进入皮肤或阻止超声波的渗透力。 2、使用介质最好有一定黏度这样有利于超声波与皮肤较好融合，防止空隙造成反射而不利与声能吸收。 3、每个理疗段一般为15～20分钟，过长或使用不当会对皮肤过劳和吸收不良。用户可根据理疗部位大小而选择合适的时间。 4、探头热的程度并不代表超声波功率的大小输出；浓度小的水剂或药物不宜直接渗透，否则易引起皮肤干燥。
武汉大学实验报告 超声波探伤仪的使用及其性能测试 院系名称：动力与机械学院 专业名称：材料类
实验一超声波探伤仪的使用及其性能测试 一、实验目的 1、熟悉脉冲反射式超声波探伤仪的使用方法。 2、掌握超声波探伤仪主要性能及探头主要综合性能的测试方法。 二、实验原理 1、超声探伤仪简介 目前在实际探伤中，广泛应用的是A型脉冲反射式超声波探伤仪。这种仪器荧光屏横坐标表示超声波在工作中的传播时间（或传播距离），纵坐标表示反射回波波高。根据荧光屏上缺陷波的位置和高度可以判定缺陷的位置和大小。 A型脉冲反射式超声波探伤仪由同步电路、发射电路、接受放大电路、扫描电路（又称时基电路），显示电路和电源电路等部分组成。其工作原理如图1所示。 图1 A型脉冲反射式超声波探伤仪的电路方型图 仪器的工作过程为：电路接通以后，同步电路产生脉冲信号，同时触发发射电路、扫描电路。发射电路被触发以后高频脉冲作用于探头，通过探头的逆电压效应将信号转换为声信号，发射超声波。超声波在传播过程中遇到异质界面（缺陷或底面）反射回来被探头接受。通过探头的正压电效应将声信号转换为电信号送至放大电路被放大检波，然后加到荧光屏垂直偏转板上，形成重叠的缺陷波F 和底波D。扫描电路被触发以后产生锯齿波，加到荧光屏水平偏转板上，形成一条扫描亮线，将缺陷波F和底波D按时间展开完整的显示在荧光屏上。
脉冲反射式超声波探伤仪具有以下特点 （1）、以荧光屏横坐标表示传播距离，以纵坐标表示回波高度。 （2）、可做单探头或双探头探伤。 （3）、在声束覆盖区，可以同时显示不同声程上的多个缺陷。 （4）、适应性较广，可以不同探头进行纵波、横波、表面波、板波等多种波型探伤。 （5）、只能以回波高度来表示反射量，因此缺陷量值显示不直观，结果判断受人为因素影响较多。 2、仪器各旋钮的调节 （1）、扫描基线的显示与调节 【电源开关】－置“开”时，仪器电源接通，面板上电压指示红区，约1分钟后，荧光屏上显示扫描基线。 【辉度】－调节扫描基线的明亮程度。 【聚焦】与【辅助聚焦】－调节扫描基线的清晰程度。 【垂直】－调节扫描基线在垂直方向的位置。 【水平】－调节扫描基线在水平的位置，可以在不改变扫面比例的情况下使整个时间轴左右移动。此旋钮与调节探测范围的【粗调】、【微调】配合，用于直探头和斜探头扫描比例的调整。 CTS-22型仪器的【脉冲位移】具有一般仪器的“水平位移”功能。 CTS-22型仪器的【辅助聚焦】、【辅助聚焦】、【垂直】、【水平】旋钮为内调式，出厂时已调好，使用时一般不必再调，如需调节则打开仪器上盖板按说明书调节好。 （2）、工作方式的选择 单探头－一只探头兼作发射和接收。 双探头－一只探头发射，另一只探头接收。 （3）、探测范围的调节 【粗调】或【深度范围】－根据工件厚度粗调探测范围。 【微调】－微调探测范围，微调与【脉冲移位】（CTS-22）配合使用，可按一定比例调节扫描基线。
《超声检测学》 实验指导书（机电学院测控技术及仪器专业使用） 彭光俊赵志编 武汉理工大学教材中心 2003年6月
第一部分 A型脉冲反射式超声探伤 系统工作性能测试 实验一水平线性的测定 一、实验目的 学会使用超声波探伤仪，熟练掌握超声探伤系统水平线性的测试方法。 二、概要 水平线性即超声探伤仪对距离不同的反射体所产生的一系列回波的显示距离与反射体距离之间能够按比例方式显示的能力。 A型显示超声探伤仪示波管内的电子束受与时间成线性关系的扫描电压作用，而在水平方向扫描形成时间基线。由于反射体的回波位置是在有线性刻度的时间基线标尺上读出的，因此，水平扫描线（时间基线）的非线性会引起定位误差。本测试就是为了检查超声探伤系统的时基线性。 三、实验用品 仪器：CTS-22型超声波探伤仪 1台 探头：2.5P 20-D型直探头，2.5P 13×13 K1.5-D型斜探头各1个电缆：QQ9-2电缆线（带接头） 1条 试块：CSK-ⅠA型试块 1块 耦合剂：机油 1杯 工具：小螺丝刀 1把 四、实验内容及步骤 （一）采用直探头测定水平线性 1．将探伤仪的[抑制]置于“0”， 其它调整取适当值。 2．将直探头压在CSK-ⅠA型试 块的A位置，中间加适当的耦合剂， 以保持稳定的声耦合，如图1-1所示。 3．调节[深度范围]、[深度微调] 和[脉冲移位]旋钮，使屏幕上显示出图1-1
第6次底波。 4．调节[粗调衰减]、[细调衰减]和[增益]旋钮，当底波B1和B6的幅度分别为50%满刻度时，将它们的前沿分别对准刻度0和100（设水平全刻度为100格）。B1和B6的前沿位置在调整中如果相互影响，则应反复进行调整。 5．再依次分别地将底波动B2、B3、B4、B5调到50%满刻度，并分别读出底波B2、B3、B4、B5的前沿与刻度20、40、60、80的偏差α2、α3、α4、α5（以格数计），如图1-2所示，将数据填入表1-1。 6．取其中最大的偏差值αmax。 则水平线性误差ΔL为： ΔL = | αmax | % 注意事项：图1-2中的B1～B6是分别调 到同一幅度，而不是同时达到此幅度。 （二）采用斜探头测定水平线性 采用斜探头测定水平线性的测试方 法与采用直探头测定水平线性的测试方 法相同。 五、实验报告要求 1．列出实验数据，计算水平线性 误差。 2．为什么读回波在水平标尺上的 位置时应将回波幅度分别调到某一相同 高度（如满刻度的50%）？图1-2 3．在水平线性误差很大的情况下，如何较精确地测定反射体深度？ 4．水平线性误差影响什么？
袂四川大学实验报告书 羁课程名称：实验名称：超声波探伤实验 专业：班号：姓名：学号： 蕿系别： 肅实验日期：2013年3月10日同组人姓名：教师评定成绩： 芃一、实验名称 蚃超声波探伤实验 莈二、实验目的 荿1.了解探伤仪的简单工作原理 蚄2.熟悉超声波探伤仪、探头和标准试块的功用 膁3.了解有关超声波探伤的国家标准 莁4.掌握超声波探伤的基本技能 葿三、主要实验仪器 肅CTS-22型超声波探伤仪试块探头直尺机油 袃四、实验原理
A 型脉冲反射式超声波探伤仪，仪器屏横坐标表示超声波在工件中的传播时 膀实验中广泛应用的是 间（或传播距离）纵坐标表示反射回波波高。根据光屏上缺陷波的位置和高度，可以确定缺陷的位置和大小。 A 型脉冲式超声波探伤仪的工作原理：电路接通后，同步电路产生同步脉冲信号，同时触发发射、扫描电路。发射电路被触发后产生高频脉冲作用于探头，通过探头的逆电压效应将电信号转换为声信号，发射超声波。超声波在遇到异质界面（缺陷或底面）反射回来呗探头吸收。通过探头的正电压效应将信号转换为电信号，并送至放大电路呗放大检波，然后加到荧光屏垂直偏转板上，形成重叠的缺陷波 F 和底波B。扫描电路被处罚后产生锯齿波，加到荧光屏水平偏转板上，形成一条扫描亮线，将缺陷波 F 和底波B按时间展开。其工作原理图如下图所示： 薈五、实验内容与步骤 蒆一．超生波探伤仪的使用、仪器性能的测定、仪器与直探头综合性能测定 莁实验要求： 1. 掌握仪器主要性能：水平线性、垂直线性和动态范围的测试方法； 罿 2. 掌握仪器和直探头主要综合性能：盲区、分辨力、灵敏度余量的测试方法。 蚈背景知识: 蚃1. 仪器的主要性能： 肃 A. 水平线性仪器荧光屏上时基线水平刻度值与实际声程成正比的程度。 蚈 B. 垂直线性仪器荧光屏上的波高与输入信号幅度成正比的程度。 螈 C. 动态范围指反射信号从垂直极限衰减到消失所需的衰减量。 肄 2. 仪器与探头的主要综合性能： 蒁 A. 盲区从探侧面到能发现缺陷的最小距离成为盲区，其内缺陷不能发现。 螁 B. 分辨力在荧光屏上区分距离不同的相邻两缺陷的能力。 袈 C. 灵敏度余量指仪器与探头组合后在一定范围内发现微小缺陷的能力。 蒅 D. 声束扩散角扩散角的大小取决于超声波的波长与探头晶片直径的大小。
第九届“挑战杯” 河南省大学生课外学术科技作品竞赛 作 品 说 明 书 作品名称：超声波振动筛自动控制电源 学校：河南师范大学 团队：ZJ小组 指导老师：袁延忠
前言 超声技术是声学中发展最迅速、应用最广泛的领域。尤其在近年来,随着电子技术和材料科学等方面的飞速发展,大功率超声技术如超声清洗、超声焊接、超声加工、超声雾化、超声乳化、超声粉碎等在国民经济相关行业中的应用越来越广,这又反过来促进了对功率超声机理和应用等方面的研究。 在超声振动加工中, 为得到大的振幅以提高加工质量, 发挥超声加工的优越性, 要求振动系统工作在谐振状态。一般, 换能器振动系统工作前, 通过调节电源的电频率, 可满足系统处于共振的工作条件。 但是, 在实际加工中, 由于负载的变化、系统发热等一系因素的影响, 使振动系统的固有频率发生变化, 此时, 若不及时调整换能器的电源频率即不采用自动频率跟踪, 振动系统将工作在非谐振状态, 从而使振动系统的输出振幅减小, 造成加工质量下降, 当失谐严重时, 超声振动加工的优越性消失。因此, 在超声振动加工中采用自动频率跟踪是非常必要的
目录 前言 (2) 一项目背景 (4) 二设计目的 (5) 三系统设计 (6) 3.1 电流控制型PWM的设计 (6) 3.2 单片机采集数据的设计 (7) 3.3 PID算法 (7) 3.4 自动跟踪频率
(8) 3.5 DDS高精度振荡源的应用 (8) 四系统流程图 (9) 五作品创新点与技术指标 (10) 六作品应用前景 (11) 七作品原理图 (12) 八作品部分代码 (13) 九附件 (16) 项目背景
HKD-1027超声波 一、性能简介： 本电源是采用全数字设计的多功能、高性能、高可靠性的超声波专用功率源。 （一）采用微电脑控制和数字频率合成技术，频率自动跟踪。 （二）数字式超声功率连续可调，使用更灵活，功率更强，工作更稳定。 （三）具有完善的保护功能：过热保护、过流保护和过压保护。 （四）四位数码管显示频率、电流、工作状态和定时直观清晰。 （五）提供远程外控接口，方便与其它控制设备的连接。 （六）扫频速度和扫频宽度数字化调整，可变水花、声音，调试方便直观。 二、主要技术指标： 工作电压：220V 10% 工作频率：80KHz以下 功率控制范围：0-100% 8级数控调节（功率条指示） 机内过热保护：65℃ 三、面板功能说明： 1．显示窗：显示工作频率，电流大小，功率等级，工作状态及故障情况。 2．启动/停止：控制超声启动和停止[ 恢复出厂数据]。 3．扫频开关：选择正常工作状态或扫频工作状态[确认此项进入下一项]。 4．时间加：设置定时工作值（设置显示“ON/OFF”）[频率加]。 5．时间减：设置定时工作值（设置显示时间“”）[频率减]。 6．功率加：增大输出功率（设置显示电流“”）。 7．功率减：减小输出功率（设置显示频率“”）。 8．电源开关：控制220V电压。 注：本说明中显示内容中的“X”为数字，其它为字母。以下同。 小括号（）中的功能需要与电源开关配合实现功能。 中括号 [ ]中的功能需要和控制板上的工厂短路接口配合实现功能。 四、使用说明： 1．“电源开关”： 将机器安放在通风干燥处，接好电源和输出接头。当打开电源时显示窗口将显示产品出
产序列号。然后显示“----”表示扫描显示状态控制按键。 2．“启动/停止”键功能： 打开电源后如果上次关电源时是开启超声状态，那么这次开电源就会自动开启超声。如果上次关电源时是待机状态，那么这次开电源也会是待机状态，这时显示窗口显示“-OFF”，然后再按“启动/停止”，电源就会启动，并显示“”\“”\“-ON-”。如果已经定时，开机后会显示时间“”。 3．“时间加、减”键功能： 在待机状态可以通过“时间加、减”键调设定时间，调整完成三秒钟会自动记忆设定的时间，“时间加、减”键会根据长按时间加速。如果设定了时间那么开机后都会显示“”。4．“功率加、减”键功能： 在启动和待机状态都可以通过“功率加、减”键调整功率大小，但调整的功率必须在停止状态才可以自动记忆。如果在启动状态下调整了功率可以按一次“启动/停止”键，才会记忆调整的功率。 5．“扫频开关”键功能： 在超声输出状态通过对电源输出的规律改变，使超声震动模拟冲刷效果，对带有微孔的工件具有良好的清洗效果。 6．远程控制线的使用： 机器后面有一远程控制接口，主要用于自动控制设备中，通过设备中的PLC或其他设备灵活的控制超声的输出，避免频繁开关设备电源造成对设备的损害。当远程遥控口短接时，超声启动，面板上的“启动/停止”键被锁闭。当同一设备有多台受控超声电源时须用多组相互独立的开关触点。（如下图） 7．各工作状态及显示模式按键功能： 如下表所示，在打开电源前按下相应的“切换功能”键，同时打开电源，并保持到显示“----”然后放开按键，电源将转换成相应的显示状态。比如，按住“功率减”按键同时打 8
电子信息系统综合设计报告 超声波测距仪
目录 摘要 (3) 第一章绪论 (3) 1.1 设计要求 (3) 1.2 理论基础 (3) 1.3 系统概述 (4) 第二章方案论证 (4) 2.1 系统控制模块 (5) 2.2距离测量模块 (5) 2.3 温度测量模块 (5) 2.4 实时显示模块 (5) 2.5 蜂鸣报警模块 (6) 第三章硬件电路设计 (6) 3.1 超声波收发电路 (6) 3.2 温度测量电路 (7) 3.3 显示电路 (8) 3.4 蜂鸣器报警电路 (9) 第四章软件设计 (10) 第五章调试过程中遇到的问题及解决 (11) 5.1 画PCB及制作 (11) 5.2 焊接问题及解决 (11) 5.3 软件调试 (11) 实验总结 (13) 附件 (14) 元器件清单 (14) HC-SR04超声波测距模块说明书 (15) 电路原理图 (17) PCB图 (17) 程序 (18)
摘要 该系统是一个以单片机技术为核心,实现实时测量并显示距离的超声波测距系统。系统主要由超声波收发模块、温度补偿电路、LED显示电路、CPU处理电路、蜂鸣器报警电路等5部分组成。系统测量距离的原理是先通过单片机发出40KHz 方波串，然后检测超声波接收端是否接收到遇到障碍物反射的回波，同时测温装置检测环境温度。单片机利用收到回波所用的时间和温度补偿得到的声速计算出距离，显示当前距离与温度，按照不同阈值进行蜂鸣报警。由于超声波检测具有迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制的特点，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在生产生活中得到广泛的应用，例如超声波探伤、液位测量、汽车倒车雷达等。 关键词：超声波测距温度测量单片机 LED数码管显示蜂鸣报警 第一章绪论 1.1设计要求 设计一个超声波测距仪，实现以下功能： (1)测量距离要求不低于2米； (2)测量精度±1cm； （3）超限蜂鸣器或语音报警。 1.2理论基础 一、超声波传感器基础知识 超声波传感器是利用晶体的压电效应和电致伸缩效应，将机械能与电能相互转换，并利用波的特性，实现对各种参量的测量。 超声波的传播速度与介质的密度和弹性特性有关，与环境条件也有关： 在气体中，超声波的传播速度与气体种类、压力及温度有关，在空气中传播速度为C=331.5+0.607t/0C (m/s) 式中，t为环境温度，单位为0C. 二、压电式超声波发生器原理 压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。 三、超声波测距原理 由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在空气中传播的距离较远，因而超声波
超声波检测实验 一、实验目标 1）了解超声波探伤仪的原理并学会使用CTS-22型超声波探伤仪 2）掌握现场测试超声仪器性能的基本方法，包括：垂直线性、水平线性、探伤仪与仪器的组合性能。 3）初步学会超声波探伤 二、实验仪器设备 CTS-22型超声波探伤仪1台 2.5MHZ直探头1只 平面锻件（工件）1块 ⅡW试块(荷兰试块) 1块 平底孔试块（CS-1试块）1块 三、实验原理 1. 超声传感器结构及原理 超声波传感器又称超声波探头或超声波换能器，是利用压电效应将电能转换为超声振动能，或将超声振动能转为电能的实验装置。在实际应用中，我们利用压电效应的可逆性，也可将换能器作为“发射”或“接收”兼用。亦即将交流电压加在压电元件上，使其向介质发射超声波，同时又利于它接收从介质反射回来的超声波，并将反射转换成电信号。 图4-1是超声波纵波换能器的结构图，压电晶片是换能器的主要元件。压电晶体的厚度与超声波的频率成反比，如铁钛酸铅的频率厚度常数为1890KHz/mm，压电片的厚度为1mm时，固有频率为1.89MHz。压电片的两面敷有银层，作为导电的极板，压电片的地面接地线，上面接导线引致电路中。 2. 超声检测的基本原理 超声检测是一种利用超声波在介质中传播的性质来判断工件和材料是否异常的检验和测量方法。在超声检测中，所使用的电声、声电换能器，主要是利用
压电效应制作的，直探头可发射和接受纵波，主要由压电晶片和保护膜组成。超声波是由发射电路即高频脉冲电路产生的高频电压，加在发射探头上。发射探头将电波变成超声波，传入工件中。超声在缺陷或介面上反射后回到接收探头，转变为电波后输入给接收电路进行放大、检波，最后加到示波管上显示出来。通过缺陷在荧光屏上横坐标的位置，可以对缺陷定位；根据缺陷波的高度可确定缺陷的大小。 四、实验数据整理与分析 1.测试超声波探伤仪的垂直线性误差 绘制衰减测量曲线： 垂直线性误差： ?=++-=≤ d d d [()()] 6.9%8% 满足ZBY-84 标准规定
使用說明書INSTRUCTIONS Array 智能型超聲波焊接發生器
目錄 安全要求與警告 (1) 智慧型超聲波焊接發生器簡介 (2) 技術參數 (3) 安裝要求 (4) 操作使用說明 (5)
一．安全要求與警告 本節解釋了手冊上各種“安全注意”符號和標誌的意義，並提供了超聲波焊接發生器的常規安全預防措施。 “警告”標誌下包括了需要注意的潛在危險情況，如果忽略，可能造成不同程度的傷害事故。 在接觸超聲波發生器前應採取以下預防措施： 在進行任何電氣連接前，確定電源處於關閉（OFF）狀態。使用帶有接地端子的電源插座來防止觸電事故。 超聲波發生器會產生高壓。對其進行操作前，應： 關閉電源開關； 拔下主電源插頭； 等待2分鐘讓電容充分放電。 超聲波發生器會產生高壓，非專業人員請勿打開外殼。 超聲波發生器會產生高壓，並且其高壓的公共端並不與大地相連通，因此，在檢測時請使用 不接地而使用電池作為電源的萬用表，用其他的方法進行檢測可能導致觸電。 不要將手放在焊頭下，向下的壓力和超聲波振動可能引起傷害事故。 當高頻電纜或換能器處於斷開狀態時，不要執行焊接及測試操作。 在使用大焊頭時，不要將手指放到焊頭和模具之間。 此機型必須一人操作，禁止多人同時操作及調試。 二．智慧型超聲波焊接發生器簡介 超聲波信號發生器由一個能將50/60Hz的工頻交流電轉換為超音頻供換能器工作的超聲波功放模組和一個帶有“系統保護監測”及“自動調諧”功能的控制模組組成。控制模組能在超聲波焊接工作發生故障時切斷超聲波能量從而為發生器乃至整套焊接設備提供極高的安全性
和可靠性。 1、真正全自動追頻（AFC）適應各種大小焊模和不同的設計模具，自動追蹤頻率範圍：±400HZ （依15KHZ超聲波為例，模具頻率在14.40-15.20KHZ可自動頻率追蹤使用）。追頻精度：±5HZ 2、採用CPU電腦監控各程式速度快適應力特強、內置各種保護系統“系統保護監測”功能會 對以下情況發生回應： ◆ IGBT溫度過高保護 ◆壓力過高從而導致超載 ◆超聲波發生器電流過大 ◆焊頭、變幅器或者換能器鬆動或其他故障 ◆發生器電路失效 ◆發生器和換能器間的線纜故障 ◆供電頻率不穩自動補償 3、“自動調諧”功能能使超聲波發生器自動跟蹤並且補償焊頭頻率發生的變化。當溫度過高，焊頭表面有磨損或有雜物在焊頭上時，這種頻率變化都會發生。 4、內置全自動恒振幅系統，對不同的氣壓變化及電壓波動自動補償，可對超聲波振幅由50%-100%無級調節，適應不同焊接工件之要求。 5、採用IGBT做功率放大，反應快，比傳統矽功率管反應速度快100倍多，故保護功能較優。 三、主要技術參數 1、外型尺寸：長380mm×寬290mm×高110mm 2、主機淨重：7Kg 3、輸出功率：0-4200W 4、輸出電壓：0-3000V AC
FD-UDE-A A类超声实验 ********大学 学号：******** 姓名：*** 学院：**** 专业：物理学 实验时间：2015.5.8 08:00~11:30
【实验目的】 1．了解超声波产生和发射的机理 2．用A类超声实验仪测量水中声速或测量水层厚度 3．用A类超声实验仪测量固体厚度及超声无损探伤 【实验原理】 超声波是指频率高于20KHz的声波，与电磁波不同，它是弹性机械波，不论材料的导电性、导磁性、导热性、导光性如何，只要是弹性材料，它都可以传播进去，并且它的传播与材料的弹性有关，如果弹性材料发生变化，超声波的传播就会受到干扰，根据这个扰动，就可了解材料的弹性或弹性变化的特征，这样超声就可以很好地检测到材料特别是材料内部的信息，对某些其它辐射能量不能穿透的材料，超声更显示出了这方面的实用性。与X射线、γ射线相比，超声的穿透本领并不优越，但由于它对人体的伤害较小，使得它的应用仍然很广泛。 产生超声波的方法有很多种，如热学法、力学法、静电法、电磁法、磁致伸缩法、激光法以及压电法等等，但应用得最普遍的方法是压电法。压电效应：某些介电体在机械压力的作用下会发生形变，使得介电体内正负电荷中心相对位移以致介电体两端表面出现符号相反的束缚电荷，其电荷密度与压力成正比，这种由“压力”产生“电”的现象称为正压电效应；反之，如果将具有压电效应的介电体置于外电场中，电场会使介质内部正负电荷中心位移，从而导致介电体发生形变，这种由“电”产生“机械形变”的现象称为逆压电效应，逆压电效应只产生于介电体，形变与外电场呈线性关系，且随外电场反向而改变符号。压电体的正压电效应与逆压电效应统称为压电效应。如果对具有压电效应的材料施加交变电压，那么它在交变电场的作用下将发生交替的压缩和拉伸形变，由此而产生了振动，并且振动的频率与所施加的交变电压的频率相同，若所施加的电频率在超声波频率范围内，则所产生的振动是超声频的振动，我们把这种振动耦合到弹性介质中去，那么在弹性介质中传播的波即为超声波，这利用的是逆压电效应。若利用正压电效应，可将超声能转变成电能，这样就可实现超声波的接收。 超声探头：把其它形式的能量转换为声能的器件，亦称为超声波换能器。在超声波分析测试中常用的换能器既能发射声波，又能接收声波，我们称之为可逆探头。在实际应用中要根据需要使用不同类型的探头，主要有：直探头，斜探头，水浸式聚焦探头，轮式探头，微
实验一、超声波的产生与传播 实验方案 1. 直探头延迟的测量 参照附录A 连接JDUT-2型超声波实验仪和示波器。超声波实验仪接h 直探头，并把探 头放在CSK-IB 试块的正面，仪器的射频输出与示波器第1通道相连，触发与示波器外触发 相连，示波器采用外触发方式，适半设置超声波实验仪衰减器的数值和示波器的电圧范用与 时间范闱，使示波器上看到的波形如图1.7所示。 在图1.7中，S 称为始波，t 0对应于发射超声波的初始时刻；Bl 称为 图1.7 直探头延迟的测虽 试块的1次底面回波，h 对应于超声波传播到试块底面，并被发射回来后，被超声波探头接 收到的时刻，因此h 对应于超声波在试块内往复传播的时间：B 2称为试块的2次底面冋波, 它対应于超声波在试块内往复传播到试块的上表面后，部分超声波被上表面反射，并被试块 底面再次反射，即在试块内部往复传播两次后被接收到的超声波。依次类推，右3次、4次 和多次底面反射回波。 从示波器上读出传播h 和t2,则直探头的延迟为 (1-6) 2. 脉冲波频率和波长的测量 调节示波器时间范闱，使试块的1次底面回波出现在示波屏的中央，脉冲波的振幅小于 IVO 测量两个振动波峰之间的时间间隔，则得到一个脉冲周期的振动时间t,则脉冲波的频 率为^1/t ：已知铝试块的纵波声速为6.32InInUS,贝IJ 脉冲波在铝试块中的波长为l=6.32t β 3. 波型转换的观察与测最 号时间范悅改变探头的入射角，并在改变的过程中适当移动探头的位宜，使每一个入射角 对应的R 2圆弧面的反射回波最 人。則在探头入射角由小变人的过 程中，我们町以先后观察到回波 B 1. B 2和B3;它们分别对应于纵 波反射回波、横波反射回波和表面 波反射回波。 让探头靠近试块背而，通过调节入 射角调，使能够同时观测到回波 BI 和（如图1.9）,且它们的幅 度基本相等：再让探头逐步靠近试 块正面,则又会在Bl 前面观测到一个回波bl ， 参照附录B 给出铝试块的纵波声速与横波声速，通过简单测量和计算，可以确定b 、Bl 和氏对应的波型和反射面。 4. 折射角的测量 确定Bi 、B?的波型后，町以分别测量纵波和横波的折射角。参照图Llo 首先让把探头 的纵波声束对正（回波幅度最人时为正对位宜）CSK-IB 试块 把超声波实验 仪换上町变角探头， 参照图1-8把探头 放在试块上，并使探 头靠近试块背面，使 探头的斜射声束只 打在 R2圆弧而上。 适当 设置超声波实 验仪衰减器的数值 和示波器 的电压范阖 CT ? V V R2 -C I ? 图1.8观察波型转换现彖
N&DN系列(LCD) 超声波细胞粉碎机 使 用 说 明 书 宁波新芝生物科技股份有限公司 地址：宁波市国家高新技术园区木槿路65号 315013 电话：7 传真：3 网址：一. 概述 随着生物产业的发展，应用超声波细胞粉碎机所做的实验要求也随之提高，如对样
品温度的测定、控制，低温冷却样品及整机的智能化程度的提高等等，都提出了新的要求，为进一步完善此类仪器的各项性能，我公司在现有各种型号的超声波细胞粉碎机的基础上，吸收国外最新技术，结合微电脑控制、选频、测温、保护等软硬件技术而研制的超声波细胞粉碎机，它具有技术先进、性能可靠、操作简便、外型美观、显示清晰明亮、测温控温精确等优点。 超声波细胞粉碎机是一种利用强超声在液体中产生空化效应，对物质进行超声处理的多功能、多用途的仪器，能用于动植物组织、细胞、细菌、芽胞菌种的破碎，同时可用来乳化、分离、分散、匀化、提取、脱气、清洗及加速化学反应等等。该机广泛应用于生物化学、微生物学、药物化学、表面化学、物理学、动物学、农学、医学、制药等领域教学、科研、生产。
Ф12 1/2”20-25KHz 100-950W 100 - 200ml Ф15 5/8”20-25KHz - 500ml Ф18 3/4”20-25KHz 200-950W 200 - 500ml Ф20 3/4” -1000ml Ф25 1” -1200ml 本机由超声波发生器和超声波换能器组件两大部分组成。超声波发生器（电源）是将220VAC、50Hz的单相电通过变频器件变为20-25kHz、约600V的交变电能、并以适当的阻抗与功率匹配来推动换能器，作纵向机械振动，振动波通过浸入在样品溶液中的钛合金变幅杆对被破碎的各类细胞产生空化效应，从而达到破碎细胞之目的。其电原理由整流电源，开关电源、变频系统、功率放大器、锁相频率自动跟踪器、功率调节器、功率检测器、功率保护器及微电脑控制等组成。 换能器组件是由压电振子、变幅放大器所组成的产生机械能的聚能变幅装置。 仪器功能键说明（见附图）： 变幅杆选择开关航空插(超声) 保险丝-8A 保险丝-5A 电源插座 五. 参数设置： 图2.面板和按键 1.按安装图说明安装好本仪器，用专用的电源线连接发生器背面的电源插座，把 换能器组件的信号输入接头与信号输出接口连接好。把换能器组件插入隔音箱顶部的专用孔内，即完成了本仪器的安装。 检查仪器后面板上变幅杆选择开关是否选择在与变幅杆相应的位置. 2.打开电源,显示窗显示变幅杆选择(如图3) 图3.变幅杆选择界面 上图中闪烁显示的”-02-”表示选择的变幅杆规格为Ф2 按<7.导航键>的上下键切换变幅杆规格, 选择范围:Ф2Ф3Ф6Ф8Ф10Ф12Ф15Ф18Ф20Ф25 按<4.确定键>确定变幅杆规格,注规格选择务必按实际规格选择 3.选择工程组参数(如图4) 工程号 发振时间间隙时间 保护温度超声功率 图4.工程组参数选择 按<7.导航键>的上下键切换变幅杆规格,选择范围:Pro00-19共20组参数 按<4.确定键>确定工程组参数 4.待机界面介绍(如图5)
（说明：实验室里没有下列文档的纸质版） 超声波性能表征及其在长度测量和材料性能表征中的初步应用 一、实验目的 1.掌握了超声波的特点，了解超声波的应用； 2.掌握超声波及其探测器的性能表征方法； 3.理解利用超声波进行材料性能表征的原理，掌握利用超声波测量固体弹性 常数的技术； 4.通过超声波折射现象了解弹性波的基本特性和波形转换（选做）。 二、实验仪器 JDUT-2型超声波实验仪，示波器。 JDUT-2型超声波实验仪如图1 所示，图1中1是超声波实验仪的 主体，附件2是斜探头， 附件3是试块，附件4是可变 角探头，附件5是直探头。 JDUT-2型超声波实验仪只能 够调节放大电路的衰减数值。衰减的单位是分贝，用dB 表示，定义如下：分贝值=20lgA （dB ），其中A 是放大倍数。衰减器读数与放大器的放大倍数成对数关系。 超声仪衰减器动态范围是96dB ，从0dB 到95dB ；调节步长为1dB 和10dB 两种。 示波器可以采用通用型、频率在20兆以上的示波器。 1 4 2 3 5 图1. JDUT-2型超声波实验仪
超声仪示波器 图2.仪器连接示意图 图2是仪器连接示意图，当采用单探头工作方式时，利用三通线把发射接收接头连接起来，然后与探头连接。示波器采用外触发工作方式，连接超声仪触发接头与示波器外触发输入口。分别把信号检波输出和射频输出与示波器第一、第二通道输入口相连，或者根据需要只接其中一种输出方式。 当超声仪采用双探头工作方式时，发射接口和接收接口分别与发射探头和接收探头相连。 在进行实验时，需要适当设置超声波实验仪衰减器的数值和示波器的电压范围与时间范围，使示波器上看到的波形适中。 三、实验原理 1.超声波的基本知识 超声波是频率在2?104Hz~1012Hz的声波。超声广泛存在于自然界和日常生活中，如老鼠、海豚的叫声中含有超声成分，蝙蝠利用超声导航和觅食；金属片撞击和小孔漏气也能发出超声。 人们研究超声始于1830年，F. Savart曾用一个多齿轮，第一次人工产生了频率为2.4?104Hz的超声；1912年Titanic客轮事件后，科学家提出利用超声预测冰山；1916年第一次世界大战期间P. Langevin领导的研究小组开展了水下
目录 1、概述 (2) 2、工作原理 (2) 3、整机结构名称 (2) 4、电气原理 (3) 5、产品特点.......................................................................................................3-4 6、使用条件 (4) 7、安装操作指南 (5) 8、维护保养 (5) 9、配套清单 (5) 9、变幅杆更换...................................................................................................6-7 上海生析超声仪器有限公司 1、概述 上海生析超声仪器有限公司是一家集研究、设计、生产、销售以及维修超声波设备的专业产家。生析公司有着集十多年生产超声波设备经验，设计及生产多种规格超声设备，产品种类有台式超声波清洗器、工业超声波清洗、超声波细胞破碎仪、超声波乳化仪、超声波处理器、超声波塑料焊接机、超声波换能器等等。其产品广泛应用于全国高等院校的实验室、光学工业、珠宝首饰、航天工业、五金工业、汽车制造工业。
生析超声仪器有限公司以先进雄厚的技术力量，不断开发新产品，“高技术、高品质、优质的售后服务” 是生析公司的宗旨。它将为广大客户提供全面的超声设备与服务。 2、工作原理 超声换能器震动时产生的超声波作用于液体时，液体中每个气泡的破裂会产生能量极大地冲击波，相当于瞬间产生几百度的高温和高达上千个大气压，这种现象被称为“空化效应”。 超声空化是强超声在液体媒质中引起的一种特有的物理过程，它伴随有许多奇妙的现象和惊人的效应。 空化基本效应表现为高温效应，放电效应，发光效应，以及冲击、压力效应等等。人们正是利用这些独特的效应而广泛应用于医药、生物、化学、物理等领域。 3、整机结构名称 前面板后面板 ①连接线缆②套筒③换能器④变幅杆⑤液晶控制器 ⑥仪器机箱⑦输出插座（连接换能器）⑧仪器铭牌⑨保险丝座 ⑩总电源插座(11)总电源开关(12)输入插座（连接温度探头）(13)过流保护指示 4、电气原理 1.发生器 本发生器的原理方框示意图： 超声电路结构
混凝土超声波检测实验 一、实验目的： 学习超声波检测仪的使用，掌握混凝土超声波检测的基本原理和方法。掌握首波声时、振幅、频率测定的基本方法。 二、实验仪器及装置： CTS-35A非金属超声波检测仪、超声换能器、混凝土试块。 三、实验原理： 超声波检测技术是利用超声波在物体传播中的反射、绕射和衰减等物理特性，测定物体内部缺陷的一种无损检测方法。 混凝土超声波缺陷检测，目前主要采用“穿透法”，即用发射换能器发射超声波，让超声波在所检测的混凝土中传播，然后由接收换能器接收，它将携带有关混凝土材料性能和内部结构等信息。 超声波在混凝土中传播的速度与混凝土的组成成分，混凝土弹性性质，内部结构的孔隙、密实度等因素有关。混凝土弹性模量高、强度高、混凝土致密，超声波在混凝土中传播的速度也高，因此随混凝土强度不同，超声波传播的声速不同。 超声波在所检测的混凝土传播，遇到空洞、裂缝、疏松等缺陷部位时，超声波振幅和超声波的高频成分发生衰减。超声波传播中碰到混凝土的内部缺陷时，由于超声波的绕射、反射和传播路径的复杂化，不同波的叠加会使波形发生畸变。因此当超声波穿过缺陷区时，其声速、振幅、波形和频率等参数发生变化。 目前对混凝土的超声波检测主要是检测结构混凝土的强度，混凝土的密实度、有无空洞、裂缝等缺陷。 四、实验内容和步骤： 1.根据首波声时判定混凝土试块的强度。 由于混凝土试块的不均匀性，在每个混凝土试块的不同部位进行测试，取其平均值。 表1 混凝土强度与波速关系参考表 混凝土试块强度C25 C30 C35 C40 波速(m/s) 3500-3800 3700-4000 3900-4200 4100-4500 2.混凝土浅裂缝的检测 用平测法（斜测法）测量浅裂缝的位置及深度，如图1所示。 混凝土试块 图1 平测法测量浅裂缝位置及深度示意图
大学物理实验超声波速测量实验报告 一实验目的 1.了解超声波的物理特性及其产生机制； 2.学会用相位法测超声波声速并学会用逐差法处理数据； 3.测量超声波在介质中的吸收系数及反射面的反射系数； 4.并运用超声波检测声场分布。 5.学习超声波产生和接收原理， 6.学习用相位法和共振干涉法测量声音在空气中传播速度，并与公认值进行比较。 7.观察和测量声波的双缝干涉和单缝衍射 二实验条件 HLD-SV-II型声速测量综合实验仪，示波器，信号发生仪 三实验原理 1、超声波的有关物理知识 声波是一种在气体。液体、固体中传播的弹性波。声波按频率的高低分为次声波（f＜20Hz）、声波（20Hz≤f≤20kHz）、超声波（f>20kHz）和特超声波（f≥10MHz），如下图。 声波频谱分布图 振荡源在介质中可产生如下形式的震荡波： 横波：质点振动方向和传播方向垂直的波，它只能在固体中传播。 纵波：质点振动方向和传播方向一致的波，它能在固体、液体、气体中的传播。 表面波：当材料介质受到交变应力作用时，产生沿介质表面传播的波，介质表面的质点做椭圆的振动，因此表面波只能在固体中传播且随深度的增加衰减很快。 板波：在板厚与波长相当的弹性薄板中传播的波，可分为SH波与兰姆波。
超声波由于其波长短、频率高，故它有其独特的特点：绕射现象小，方向性好，能定向传播；能量较高，穿透力强，在传播过程中衰减很小，在水中可以比在空气或固体中以更高的频率传的更远，而且在液体里的衰减和吸收是比较低的；能在异质界面产生反射、折射和波形转换。 2、理想气体中的声速值 声波在理想气体中的传播可认为是绝热过程，因此传播速度可表示为 μrRT =V (1) 式中R 为气体普适常量(R=)，γ是气体的绝热指数(气体比定压热容与比定容热容之比)，μ为分子量，T 为气体的热力学温度，若以摄氏温度t 计算，则：t T T +=0 K T 15.2730= 代入式(1)得， 00001V 1)(V T t T t T rR t T rR ++?+=＝＝μμ (2) 对于空气介质，0℃时的声速0V = m s 。若同时考虑到空气中的蒸汽的影响，校准后 声速公式为： s m p p T t w /)319.01)(1(45.331V 0++= (3) 式中w p 为蒸汽的分压强，p 为大气压强。 3、共振干涉法 设有一从发射源发出的一定频率的平面声波，经过空气传播，到达接收器，如果接收面与发射面严格平行，入射波即在接收面上垂直反射，入射波与反射波相干涉形成驻波，反射面处为位移的波节。改变接收器与发射源之间的距离l ，在一系列特定的距离上，媒质中出现稳定的驻波共振现象。此时，l 等于半波长的整数倍，驻波的幅度达到极大；同时，在接收面上的声压波腹也相应地达到极大值。不难看出，在移动接收器的过程中，相邻两次达到共振所对应的接收面之间的距离即为半波长。因此，若保持频率 v 不变，通过测量相邻两次接收信号达到极大值时接收面之间的距离(2/λ)，就可以用λv =V 计算声速。 声压变化与接收器位置的关系：