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超声波检测的物理基础（一） 第一节 振动与波 一、机械振动和机械波 1 机械振动的定义 实例 以上运动过程中都有相应的物理学规律，即在已知其初始状态后，再经过任意时间 t 以后的状态可以通过计算的方式获得。 物体沿着直线或曲线在某一平衡位置附近作往复周期性的运动，称为机械振动 ；如果振动都是余弦函数（或正弦函数）性质的，称为谐振动。 超声波检测的物理基础（一） 超声波检测的物理基础（一） 2 描述振动的特征量（物理学描述） （1）振幅（A）---从平衡位置到振动最大位移之间的距离。 （2）周期（T）---质点完成一次全振动所需要的时间。 （3）频率（f）----质点在单位时间内完成全振动的次数。 按照以上的定义，容易看出：频率与周期是互为倒数的，即： 从定义中可以看出：周期是时间量，通常单位为秒(s)，在超声波探伤中，则通常使用微秒为单位（μ s）。 单位换算关系为：1s=106 μ s 或 1 μ s=10-6 s 频率的标准单位为赫兹（Hz）,在超声波探伤中通常用兆赫（MHz）为单位，换算关系为：1MHz=106Hz 或 1Hz=10-6 MHz 超声波检测的物理基础（一） 3 机械波和声波及超声波 （1）振动在介质中的传播形成波。 （2）波动分为电磁波和机械波。 （3）波动的周期和频率。 （4）电磁波的分类（按频率的不同）。 （5）机械波产生的条件: a) 波源(振源) b) 弹性介质 超声波检测的物理基础（一） （6）声波是机械波的一种。按频率的不同可以分为： a)可闻声波 20Hz≤ f≤ 20000Hz(频率、音量关系) b)次声波 f20Hz c)超声波 f20000Hz，工业探伤用频率一般为 0.5MHz~10MHz 从乐器到男人与女人说话的声音讲解频率即音调的概念 超声波检测的物理基础（一） 4超声波的分类（按时间的连续性） （1）连续波 连续波是指在观察的时间内，超声波是连续不断的。 （2）脉冲波 脉冲波是指在观察时间内，超声波不连续 ，在目前的工业探伤过程中，我们主要采用脉冲波的形式。 5频谱分析 6振动和波动方程 振动方程：y=A?cos(wt+ Φ) 波动方程：y=A?cos[w(t-x/u) + Φ] 超声波检测的物理基础（一） 超声波检测的物理基础（一） 二、超声波的波型 按质点的振动方向与波的传播方向之间的关系，超声波可以分为四种类型。 1 纵波（L） （1）定义：传播方向与质点的运动方向相一致。 （2）传播条件：可以在任何状态下的弹性介质中传播。 （3）实际例子：车轴端面进行穿透探伤检查；钢轨探伤中的0° 探头都使用的是纵波。 （4）别名：疏密波、压缩波。 超声波检测的物理基础（一） 2 横波（T、S） （1）定义：传播方向与质点的运动方向相垂直。 （2）传播条件：只能在固体介质中传播。 问题:横波不能在液体中传播，横波探伤时为什么使用耦合剂（液体）；使用不同的耦合剂对最后的折射角是否会产生影响？ （3）实际例子：车轴轮座部位探伤检查；钢轨探伤中的37° 探头都使用的是横波。 （4）别名：剪切波、切变波。 超声波检测的物理基础（一） 超声波检测的物理基础（一） 横波与纵波的对比 超声波检测的物理基础（一） 3 表面波（R） （1）定义：质点只在一平面内作椭圆振动，椭圆的长轴垂直于波的传播方向，短轴平行于传播方向。 （2）传播条件：只在固体介质表面进行传播。(深度一个波长) （3）实例：表面波可以用来检测车轮踏面的裂纹、剥离、擦伤等缺陷。 （4）别名：瑞利波。 超声波检测的物理基础（一） 4 板波 （1）定义：薄板中各质点的振动方向平行于板面，而垂直于波的传播方向。 （2）传播条件：只能在薄板中传播。 （3）别名：板波中最主要的一种是蓝姆波。(检测薄板) 超声波检测的物理基础（二） 第二节 超声波的传播特性 一、波长和声速 1 波长 超声波检测的物理基础（二） （1）定义：相邻的两个振动相位相同点间的距离。 （2）波长是长度量，探伤中常用的超声波波长大多是毫米数量级。 （3）常用希腊字母λ表示。 2 声速 由于当质点振动一个周期的时间，超声波刚好在介质中传播一个波长的距离，按照运动学定律，超声波在介质中的传播速度可以表示为： 超声波检测的物理基础（二） （1）固体介质的声速 在固体介质中，可传播各种波型的超声波，但同一介质中波型