振动与波声波超声波
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什么是冲击弹性波,它与超声波、声波有什么区别?1、名词解释当某处物质粒子离开平衡位置,即发生应变时,该粒子在弹性力的作用下发生振动,同时又引起周围粒子的应变和振动,这样形成的振动在弹性介质中的传播过程称为“弹性波”;而通过机械冲击在对象材料中产生的弹性波,又称为冲击弹性波。
冲击弹性波的产生一般有两种方法,即外力击打产生和由物体内部破损产生。
声波,弹性介质中传播着的压力振动。
声以波的形式传播着,我们把它叫做声波。
声波借助各种介质向四面八方传播。
图1-1声波的震荡波形我们把频率高于20000Hz的声波就叫做超声波。
击弹性波与超声波、声波的区别2.1 冲击弹性波与超声波的区别超声波的产生以钛酸钡,水晶,PZT等压电材料为主。
超声波一般具有如下特性:1) 频率高,一般在数百KHz以上;2) 通常以P波为主。
冲击弹性波和超声波的相同之处在于,冲击弹性波是由激振装置在固体表面击打产生的,同样,如果使用超声波探头在固体表面诱发振动,也能够在固体内部激发冲击弹性波。
因此,在固体中传播的超声波可以理解为能量比较弱,频率高的冲击弹性波,其与锤击等方式诱发的冲击弹性波并没有本质上的区别。
但是,由于激振以及受信结构上存在差异,超声波和与这里所说冲击弹性波之间还是有一定的不同,存在着区别之处,主要体现在:1) 能量:冲击弹性波的能量远远大于超声波;2) 发振信号的频率特性和波长:超声波波长短,一般是几厘米,而用锤击激振产生的冲击弹性波波长几十厘米甚至更长。
因此,超声波的分辨率高,对细微的缺陷比较敏感,但衰减快,测试范围受到限制;3) 受信信号的频率特性:超声波的探头在保持高灵敏度的同时,其频率响应特性一般较差(典型的频率相应特性如图2-1,测试频域内几乎没有平坦部分)。
也就是说,超声波测试仪器对频率分析和振幅分析都比较困难。
而冲击弹性波测试一般采用加速度传感器,传感器在各种固定方式下,其频响曲线都有较长平坦部分(图2-1),有利于频谱分析和能量分析。
声波的种类及其应用声波是机械波的一种,在弹性介质(固体、液体、气体)中,频率在20~20000Hz 的机械振动称为声振动。
由声振动激起的波动称为声波。
在空气与水中传播的声波是纵波。
频率低于20Hz 的机械波称为次声波,不引起听觉,频率高于20000Hz 的机械波称为超声波,也不引起听觉。
次声波、声波和超声波除频率不同外,其他性质完全相同。
1.声速声波在流体介质中只能以纵波形式传播,而声波主要传播介质是空气,若把空气看成是理想气体,可推导出声速公式为-----(10-57)υ=式中,为气体的摩尔质量;为气体的摩尔热容比;为气体普适常量;T 为热力学µr R温度。
在标准状态下,空气中声速为331m /s 。
声速与成正比,大气层在任何时候都υ可按温度不同而分成许多层,声波在这些层中的声速不一样,当声波的波线斜穿这些层时,波线将由于多次折射而弯曲。
夏日白天近地空气温度高,远地空气温度低,声波的波线将向上弯曲,黑夜则相反。
结果使得白天声音传播得近,而夜晚则可传播得较远。
2.声强对于人耳来说,可闻声波不仅振动频率须在20Hz 一20000Hz ,而且对声波的强度亦有要求,声强就是声波的平均能流密度,与其他机械波一样,声强公式是-----(10-58)221vA 2I ρω=3.声强级以1000Hz 的声波为例,对正常听觉的人,能听到的最弱声强是,而能忍受12210/W m −−的最高声强是。
可见,人耳对声强可感受的最高与最低之间范围达倍,但在21/W m −1210此范围内,对于微小的声强变化,入耳的感觉是不灵敏的。
研究证明,人耳所感觉到的声音响度近似与声强的对数成正比,所以,在声学中通常采用对数标度来量度声强,称为声强级,单位是贝尔(Bel ,B ),贝尔的1/10称为分贝(decibel ,),通常取1000Hz 声音的听阈值dB 作为标准参考声强,任一声波的声强与标准参考声强的比值的对数,122010−−=⋅I W m I 0I 即为该声波的声强级,用L 表示。
简述超声波工作原理
超声波工作原理主要基于压电效应。
一些晶体在施加交变电压时,会按其厚度方向做伸长和压缩的交替变化,产生震动,并在晶片周围的媒质上产生相同频率的声波。
如果所加的交变电压的频率是超声频率,那么晶体所发射的声波就是超声波。
这是逆压电效应的一种表现。
另一方面,当振动的外力作用在压电晶片的两个面上而使其发生变形时,会有相应频率的电荷输出,这是压电效应的表现。
超声波是弹性机械振动波,具有一些与可听声波不同的特性。
由于其波长较短,当它通过大于波长的小孔时,会呈现出集中的一束射线向一定方向前进,这种特性称为束射。
同时,超声波的方向性强,可定向采集信息。
以上内容仅供参考,如需获取更多信息,建议查阅超声波相关书籍或咨询物理学家获取。
3. 描述简谐运动的物理量(1)位移x:由平衡位置指向振动质点所在位置的有向线段,是矢量,其最大值等于振幅。
(2)振幅A:振动物体离开平衡位置的最大距离,是标量,表示振动的强弱。
(3)周期T和频率f:表示振动快慢的物理量,二者互为倒数关系,即T=1/f。
4. 简谐运动的图像(1)意义:表示振动物体位移随时间变化的规律,注意振动图像不是质点的运动轨迹。
(2)特点:简谐运动的图像是正弦(或余弦)曲线。
(3)应用:可直观地读取振幅A、周期T以及各时刻的位移x,判定回复力、加速度方向,判定某段时间内位移、回复力、加速度、速度、动能、势能的变化情况。
二、弹簧振子定义:周期和频率只取决于弹簧的劲度系数和振子的质量,与其放置的环境和放置的方式无任何关系。
如某一弹簧振子做简谐运动时的周期为T,不管把它放在地球上、月球上还是卫星中;是水平放置、倾斜放置还是竖直放置;振幅是大还是小,它的周期就都是T。
三、单摆1. 定义:摆线的质量不计且不可伸长,摆球的直径比摆线的长度小得多,摆球可视为质点。
单摆是一种理想化模型。
2. 单摆的振动可看作简谐运动的条件是:最大摆角α<5°。
3. 单摆的回复力是重力沿圆弧切线方向并且指向平衡位置的分力。
4. 作简谐运动的单摆的周期公式为:T=2π(1)在振幅很小的条件下,单摆的振动周期跟振幅无关。
(2)单摆的振动周期跟摆球的质量无关,只与摆长L和当地的重力加速度g有关.(3)摆长L是指悬点到摆球重心间的距离,在某些变形单摆中,摆长L 应理解为等效摆长,重力加速度应理解为等效重力加速度(一般情况下,等效重力加速度g'等于摆球静止在平衡位置时摆线的张力与摆球质量的比值)。
四、受迫振动1. 受迫振动:振动系统在周期性驱动力作用下的振动叫受迫振动。
2. 受迫振动的特点:受迫振动稳定时,系统振动的频率等于驱动力的频率,跟系统的固有频率无关。
3. 共振:当驱动力的频率等于振动系统的固有频率时,振动物体的振幅最大,这种现象叫做共振。