超聲波問(wèn)答題1高級(jí)

1、問(wèn)答題1.超聲場(chǎng)分為幾個(gè)區(qū)域？各個(gè)區(qū)域的主要特征是什么？用示意圖注明簡(jiǎn)述之[提示]超聲場(chǎng)是由聲源發(fā)射超聲振動(dòng)的空間而形成特殊場(chǎng)，它可以根據(jù)超聲在空間各部位聲壓大小不同，形象地用圖示方法表示出來(lái)（如下圖a）：超聲場(chǎng)分為近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)兩大部份，其中主聲束以錐體形狀（猶如鮮花主瓣），近場(chǎng)區(qū)內(nèi)主聲束以外的稱為副瓣。主聲束的擴(kuò)散角按零階貝塞爾函數(shù)計(jì)算出其主瓣的錐角范圍，即J1(X)=J1(kasinθ)，J1(X)有很多根，其中最小的根為X0=3.8

2、3，則sinθ0=3.83ka=(3.832π)(λa)=(3.83π)(λ2a)sinθ=1.22(λD)[D=2a晶片直徑，a為半徑]，求出θ0值即為主瓣的擴(kuò)散角（θ0），當(dāng)用J2(X)、J3(X)……分別求出第一副瓣、第二副瓣……的擴(kuò)散角θ1、θ2……等（如下圖b），同樣由sinθ=1.22(λD)求出，當(dāng)S=b=1.64(D24λ)=1.64N時(shí)，主聲束由晶片中心擴(kuò)散到晶片邊緣的距離（也可用二項(xiàng)式展開(kāi)證明）（注：也有資料以1.6

3、7N為主聲束由晶片中心擴(kuò)散到晶片邊緣的距離）2.試比較射線探傷與超聲波探傷兩種方法的適用范圍和局限性[提示]：應(yīng)從兩種方法的靈敏度高低、檢測(cè)厚度范圍、易發(fā)現(xiàn)的缺陷形狀以及安全防護(hù)和經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行比較3何謂波的、干涉現(xiàn)象？什么情況下合成振幅最大？什么情況下合成振幅最小？答：①兩列頻率相同，振動(dòng)方向相同，相位相同或相位差恒定的波相遇時(shí)，由于波疊加的結(jié)果，會(huì)使某些地方的振動(dòng)始終互相加強(qiáng)，而另一些地方的振動(dòng)始互相減弱或完全抵消，這種現(xiàn)象稱為波

4、的干涉，產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的波稱為相干波。相干波現(xiàn)象的產(chǎn)生是相干波傳播到各點(diǎn)時(shí)波程不同所致。②當(dāng)波程差等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，合成振幅達(dá)最大值。③當(dāng)波程差等于半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，合成振幅達(dá)最小值。4何謂駐波？為什么通常取晶片厚度等于半波長(zhǎng)？答：①兩列振幅相同的相干波，在同一直線上相向傳播時(shí)互相疊加而成的波，稱為駐波。②當(dāng)介質(zhì)厚度等于半波長(zhǎng)整數(shù)倍時(shí)，會(huì)產(chǎn)生駐波。所以取晶片厚度可以形成駐波，產(chǎn)生共振，使合成振幅最大，有利于提高探頭輻射超聲波的效率。5什

5、么是惠更斯原理？它有什么作用？答：惠更斯原理：介質(zhì)中波動(dòng)傳播到的各點(diǎn)都可以看到是發(fā)射子波的波源，其后任意時(shí)刻這些子波的包跡就是新的波陣面。利用惠更斯原理，可以確定不同波源輻射的聲波的形狀和波的傳播方向，可以解釋聲波在均勻和非均勻介質(zhì)中傳播的許多現(xiàn)象。6.什么叫衰減？產(chǎn)生衰減的原因是什么？答：超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，隨著距離的增加，能量逐漸減小的現(xiàn)象叫做超聲波的衰減。超聲波衰減的原因主要有三個(gè)：①擴(kuò)散衰減：超聲波在傳播中，由于聲束的擴(kuò)散，使

6、能量逐漸分散，從而使單位面積內(nèi)超聲波的能量隨著傳播距離的增加而減小，導(dǎo)致聲壓和聲強(qiáng)的減小。②散射衰減：當(dāng)聲波在傳播過(guò)程中，遇到不同聲阻抗的介質(zhì)組成的界面時(shí)，將發(fā)生散亂反射（即散射），從而損耗聲波能量，這種衰減叫散射衰減。散射主要在粗大晶粒（與波長(zhǎng)相比）的界面上產(chǎn)生。由于晶粒排列不規(guī)則，聲波在斜傾的界面上發(fā)生反射、折射及波型轉(zhuǎn)換（統(tǒng)稱散射），導(dǎo)致聲波能量的損耗。③粘滯衰減：聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，由于介質(zhì)的粘滯性而造成質(zhì)點(diǎn)之間的內(nèi)壁摩擦，從而

7、使一部分聲能變?yōu)闊崮?。同時(shí)，由于介質(zhì)的熱傳導(dǎo)，介質(zhì)的疏、密部分之間進(jìn)行的熱交換，也導(dǎo)致聲能的損耗，這就是介質(zhì)的吸收現(xiàn)象。由介質(zhì)吸收引起的衰減叫做粘滯衰減。7.什么叫超聲波聲場(chǎng)？反映超聲波聲場(chǎng)特征的重要物理量有哪幾個(gè)？什么叫聲壓、聲強(qiáng)、聲阻抗？答：充滿超聲波的空間，或者說(shuō)傳播超聲波的空間范圍叫做超聲波聲場(chǎng)。聲壓、聲強(qiáng)、聲阻抗是反映超聲波聲場(chǎng)特征的三個(gè)重要物理量，稱為超聲波聲場(chǎng)的特征量。超聲波聲場(chǎng)中某一點(diǎn)在某一瞬間所具有的壓強(qiáng)與沒(méi)有超聲波存

8、在時(shí)，同一點(diǎn)的靜態(tài)壓強(qiáng)之差，稱為聲壓。單位時(shí)間內(nèi)穿過(guò)和超聲波傳播方向垂直的單位面積上的能量稱為聲強(qiáng)。介質(zhì)中的任何一點(diǎn)的聲壓和該質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度之比稱為聲阻抗。17.在棒材圓周面上進(jìn)行超聲探傷時(shí)第一次底波與第二次底波之間可見(jiàn)到有兩個(gè)遲到波如下圖所示請(qǐng)指出這兩個(gè)遲到波各是什么波型（前面為L(zhǎng)LL波后面為L(zhǎng)SL波）18.如何提高近表面缺陷的探測(cè)能力？[提示]：提高近表面缺陷的探測(cè)能力應(yīng)從下面三方面著手：①用TR探頭；②使用窄脈沖寬頻帶探頭；③提高探

9、頭頻率，減小晶片尺寸19.畫(huà)出下圖中不同情況下聲波的收斂或發(fā)散的情況:自左向右：①發(fā)散②收斂③收斂④發(fā)散20.將超聲波直探頭置于IIW1試塊側(cè)面上探測(cè)100mm距離的底波如下圖所示在第一次底波與第二次底波之間前兩個(gè)遲到波各是什么波型（前面為L(zhǎng)LL波后面為L(zhǎng)SL波）21.脈沖反射探傷法對(duì)探頭晶片有什么要求？答：①轉(zhuǎn)換效率要高，盡可能降低轉(zhuǎn)換損失，以獲得較高的靈敏度，宜選用Kt（機(jī)電耦合系數(shù)）大的晶片。②脈沖持續(xù)時(shí)間盡可能短，即在激勵(lì)晶片后

10、能迅速回復(fù)到靜止?fàn)顟B(tài)，以獲得較高的縱向分辯力和較小的盲區(qū)。③要有好的波形，以獲得好的頻譜包跡。④聲阻抗適當(dāng)，晶片與被檢材料的聲阻抗盡量接近，水浸法探傷時(shí)，晶片應(yīng)盡量與水的聲阻抗相近，以獲得較高的靈敏度。⑤高溫探傷時(shí)，居里點(diǎn)溫度要高。⑥制造大尺寸（直徑）探頭時(shí)，應(yīng)選擇介電常數(shù)小的晶片。⑦探頭實(shí)際中心頻率與名義頻率之間誤差小，頻譜包絡(luò)無(wú)雙峰。22.右圖為CSKIA試塊示意圖，試述其主要用途[提示]①用于超聲波檢測(cè)儀器和探頭的組合性能測(cè)試；②

11、標(biāo)定檢測(cè)距離，測(cè)定斜探頭的前沿距離和折射角；③調(diào)節(jié)超聲波檢測(cè)儀的相對(duì)靈敏度等23.為什么超音波檢測(cè)儀上的衰減器精度用每12dB中的誤差表示？答：衰減器精度一般用標(biāo)準(zhǔn)平底孔試塊進(jìn)行測(cè)試，而平底孔孔徑每增加一倍相差12dB，如Φ2mm與Φ4mm在相同聲程時(shí)其反射波高相差12dB，在制造技術(shù)上，因?yàn)樵谑静ㄆ辽戏瓷洳ǜ甙?0log規(guī)律變化，即12dB=20log4，或12dB=20log(14)，即波形高度按1:4或4:1之比來(lái)測(cè)量，基于這兩個(gè)