1、砼超声检测技术砼超声检测技术第一部分声学基础第一部分声学基础第一章振动与波一、波的产生 1.波的产生 质点振动 质点在一定位置附近重复运动 弹性介质 相互间由弹性力联系着的质点组 成的物质 2.质点在弹性介质中的振动产生波 3.简谐振动方程简谐振动方程x=Acos(t+）x位移A振幅，离开平衡位置的最大位移t+相位：确定物体在时刻t所处的位置 角频率 2nf 初相位弹性介质模型1质点；2小弹簧二、波的分类 机械波机械振动在弹性介质中的传播 1.波 过程，如：声波、水波等 电磁波电磁振荡引起的变化的电 场与磁场在空间的传播，如：无线电波、紫外线、光线等 2声波 声波是机械波，按频率可分为：次声波
2、 020Hz 可闻声波 2020kHz 超声波 20 kHz1010 Hz (如：砼超声 20k250kHz）特超声波 1010 Hz 金属超声 三、波的种类 1.按质点振动方向与传播方向关系分类 纵波（P波）质点振动方向与波的传播方向一致，如声波；介质时疏时密，容积变形引起压强变化而传播，与容变弹性有关，可以在固体、液体、气体中传播。横波（S波）质点振动方向与波的传播方向垂直，介质剪切变形引起剪切应变力变化而传播，与切变弹性有关，只能在固体中传播。纵波质点振动方向 纵波传播方向横波质点振动方向横波传播方向 纵波、横波迭加产生其它类型的波 表面波（R波）纵向振动与横向振动迭加形成园 振动，沿介
3、质表面传播，只能在固体中传播 表面波 板波（兰姆波）扭转波 拉伸波 2波的形式 声波在无限大且各向同性介质中向各方向传播 波线 传播的方向 波前 振动传播到的各点的轨迹 波阵面介质中振动同相位的所有质点的轨迹 按波阵面分 平面波 波阵面是平面，振源是无限大平面 球面波 波阵面是球面，振源是点源 柱面波 波阵面是同轴园柱面，振源是无限长 园柱 波动方程：y：波线上任意一点（距原点X）的质点任一时刻 t 的位移 V：波速2波速V振动传播的速度 周期T质点完成一次振动的时间 波长在周期T内波传播的距离 频率f 每秒振动的次数 =v T=v/f 例：V4000m/s f 50kHz 80mm 波的频率
4、，振幅，相位也就是质点振动的频率，振幅，相位vxtAycos第二章第二章 固体中的波速固体中的波速 一、纵波波速一、纵波波速VP 1 无限大介质 2薄板介质（板厚）3细长杆（横向尺寸，半无限大与无限大物体波速相近2121rEVSGSRVrrV112.187.0第三章第三章 声场声场 声场指充满声波的空间声场指充满声波的空间 一、声压一、声压 P PP1PO 单位：帕（斯卡）N/m2 P1某点某瞬时的压强 PO同一点没有声强时的压强 声压与频率成正比，所以超声波比可闻声波的声压大 二、声强二、声强 J 垂直于声波传播方向上单位面积，单位时间内通过的声能量为声强，超声波的声强远大于可闻声波的声强
5、三、声阻抗率三、声阻抗率Z Z=V砼 Z108104g/cm2.s第四章第四章 声波在介质界面的反声波在介质界面的反 射与折射（透射射与折射（透射）声界面指声阻抗率声界面指声阻抗率Z不同介质的界面不同介质的界面 一、垂直入射一、垂直入射 介 质 1介 质 2Z1=1V1Z2=2V2123PrP0Pt 垂 直 入 单 一 界 面 情 况1 入 射 波；2 反 射 波；3 透 射 波 声压反射率 声压透射率 Z1Z2 R0，D1Z2 Z1 R-1 几乎全反射，如空气-砼Z2 1 几乎全反射，反射波反相1212ZZZZR1222ZZZD二、斜入射二、斜入射 反射定律 i=折射定律 21sinsinv
6、vi流 体 界 面 上 声 波 的 反 射 与 折 射介 质 1介 质 2Z1=1V1Z2=2V2i 在固体介质的界面声波的方向，角度及波型均要发生变化介 质 2介 质 1固 体 界 面 上 声 波 的 反 射 与 折 射Z1=1V1sZ2=2V2ippisp纵 波横 波 第一临界角 ：若入射波是纵波，且 v1p v2p，折射角p入射角i p 当 p 900时的入射角 i p称为第一临界角i 1 若入射角第一临界角，第二种介质中只有折射横波，这是产生横波的一种方法spppssppppvvvvivsinsinsinsinsin22111ppvvi2111sin第五章第五章 声波的衰减声波的衰减 声波在传播过程中振幅随传播距离的增大而逐声波在传播过程中振幅随传播距离的增大而逐渐减少的现象称为衰减渐减少的现象称为衰减 一、产生衰减的原因一、产生衰减的原因 1吸收 声能 热能 2散射 多次反射、折射，波型转换 3扩散 波束扩散使能量分散 二、衰减系数二、衰减系数 声压 P =P0 e-ax 衰减系数 吸收衰减系数 aa 正比于 f 或 f 2 散射衰减系数 as 正比于 f 2或 f 4 总的衰减系数 a=af+bf 2+cf 4 a、b、c是由介质性质和散射物特性所决定的比例系数 三、衰减的度量三、衰减的度量 分贝数20 log(A/A0)dB011ppna
