大物实验报告-超声波
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超声波原理及其应用专题试验论文
专业：土木工程
XX：makasha
学号：----
指导教师：---
试验日期：2021.10.14
试验时段：04
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-可修编- 超声波原理及其应用专题试验论文
摘要：
主要介绍超声波的产生原理与传播、超声波声速的测量、利用超声波测量固体的弹性常数以及超声波的探测与成像根本原理。通过对实验的操作过程的反思与总结，加深对超声波的认识和了解。
关键词：
超声波产生原理与传播 超声波声速 固体弹性常数
背景：
自19世纪末到20世纪初，在物理学上发现了压电效应与反压电效应之后，人们解决了利用电子学技术产生超声波的方法，从此迅速揭开了开展与推广超声技术的历史篇章。本文主要介绍关于超声波的根本知识和通过动手实验验证的一些结论。
论述：
一、超声波的产生原理与传播
1、产生
某些固体物质，在压力〔或拉力〕作用下产生形变，从而是物质本身方案，在物体相对的外表出现正、负舒服电荷，这一效应称为压电效应。
如果晶体片内部的质点的振动方向垂直于晶体的平面，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形，它取决于介质可以介质可以承受何种作用力以及如何对介质激发超声波。
2、传播
超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律，通常以纵波的方式在弹性介质内会传播，是一种能量的传播形式，与可听声波的规律.
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-可修编- 没有本质上的区别。波型通常有三种：
〔1〕横波：当介质中质点的振动方向与超声波的传播方向垂直时，此种超声波为横渡波型。犹豫固体介质除了能承受体积形变外，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。
〔2〕纵波：当介质内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。任何同体介质当其体积发生交替变化时均能产生纵波。
〔3〕外表波：是沿着固体外表传播的具有纵波和横波双重性质的波。外表波可以看成是由平行于外表的纵波和垂直于外表的横波合成，振动质点的轨迹为一椭圆，在距离外表1/4波长深处振幅最大，随着深度的增加很快衰减，实际上距离外表一个波长以上的地方，质点的振动振幅就已经很微弱了。
二、超声波声速的测量
1、斜探头入射点测量
把斜探头放在试块下，并使其靠近试块反面，使探头的斜射声束入射在R2圆弧面上，左右移动探头，使回波幅度最大，这时测L\R2。
L0=R2-L
2、斜探头折射角的测量
首先使斜探头的横波声束正对试块上的A孔，测XA；
然后左移探头，让横波声束正对B横孔，并测Xb，LAB和HAB
ßs=arctan[(XA-Xb-L)/H]
3、波形转换的观察与测量
通过移动探头，观察回波，即可确定对应的波型和反射面。
4、计算吕试块的杨氏模量和泊松系数
声波传播的的横波波速： .
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-可修编- C=d/t
在各向同性的固体介质中，各种波形的超声波声速为：
其中E为杨氏模量，σ为泊松系数，ρ为材料密度。
相应的算出介质的弹性常数：
三、超声波的探测与成像根本原理
1、超声波的探测
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。
在进展缺陷定位时，必须先找到缺陷反射回波最大的位置，是的被测缺陷处于探头的中心轴上。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。
〔1〕测量直探头的扩散角：
利用直探头找到B通孔对应的回波，移动探头使回波幅度最大，并记录对应点位置X0及对应回波的幅度；左移探头使回波幅度减小到最大振幅的一半，记录对应的位置X1；同理，测探头右移时回波振幅至最大振幅的一半，记录位置X2,那么扩散角为：
θ=2arctan(|X2-X1|∕2L)
L为所测通孔与外表间的距离。
〔2〕测量斜探头的扩散角：
首先必须测量出探头的折射角β，然后利用测量直探头一样的方法，计算斜探头的扩散角近似为：
θ=2arctan(|X2-X1|∕2L•cos2β)
2、超声波的成像根本原理 .
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-可修编- 〔1〕直探头探测CSK-IB试块中缺陷C的深度
Hc=CL •(tc-t0)/2
〔2〕用斜探头探测试块中缺陷D的深度和距试块右边沿的距离
深度H=M×tanβ，M为超声波在材料中传播的距离；
水平距离L=M×cotβ，β是斜探测材料中的折射角。
结论
我的收获：
经过理论学习与动手试验，可总结出超声波的三点性质、九点应用如下：
四点性质
1. 超声波在传播时，方向性强，能量易于集中。
2. 超声波能量高。
3. 超声波与传声媒质的界面上会产生反射、折射和波型转换现象。
4. 超声波能在各种不同媒质中传播，且可传播足够远的距离。
九点应用
1. 测量：距离、流速、流量、厚度
2. 探测：超声测距、安防探测、医学成像、无损探测、水下声纳、地质勘探、管道检漏、触摸屏
3. 雾化：加湿、盆景、园艺、消毒、
4. 清洁：珠宝、首饰、精细零件
5. 加工：磨削、钻孔、抛光、焊接
6. 医疗：结石破碎、医学成像、呼吸医疗
7. 生物：促进种子发芽
8. 化学：加快酒类醇化、加快化学反响速度
原理简述：
超声波清洗原理：超声波通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质，清洗溶剂中超声波在清洗液中疏密相间的向前辐射，使液体流动而产生数以万计的微小气泡，存在于液体中的微小气泡〔空化核〕在声场的作用下振动，当声压到达一定值时，气泡迅速增长，然后突然闭合，在气泡闭合时产生冲击波，在其周.
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-可修编- 围产生上千个大气压力，破坏不溶性污物而使它们分散于清洗液中，当团体粒子被油污裹着而粘附在清洗件外表时，油被乳化，固体粒子即脱离，从而到达清洗件外表净化的目的。
医学方面：将超声波发射到人体内，当它在体内遇到界面时会发生反射及折射，并且在人体组织中可能被吸收而衰减。因为人体各种组织的形态与构造是不一样的，因此其反射与折射以及吸收超声波的程度也就不同，医生们正是通过仪器所反映出的波型、曲线，或影象的特征来区分它们。此外再结合解剖学知识、正常与病理的改变，便可诊断所检查的器官是否有病。
我对试验的感受与思考：
超声波系列专题试验让我对超声波有了更加深入的了解和认识，并初步掌握了测量、计算相关数据的方法。试验中，由于试验结果与操作者的操作方法关系很大，所以试验结果的误差很大，但我想更重要的是在操作过程中对超声波的理解与感悟，并要对自己努力测出的数据有信心。
超声波在测量以及加工方面都有着广泛的应用，我学的是土木工程专业，以后很可能还要和超声波打交道，相信这个系列的专题试验会对我很有帮助。
