超聲波問答題1高級

1、問答題1.超聲場分為幾個區(qū)域？各個區(qū)域的主要特征是什么？用示意圖注明簡述之[提示]超聲場是由聲源發(fā)射超聲振動的空間而形成特殊場，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（如下圖a）：超聲場分為近場和遠場兩大部份，其中主聲束以錐體形狀（猶如鮮花主瓣），近場區(qū)內主聲束以外的稱為副瓣。主聲束的擴散角按零階貝塞爾函數(shù)計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值即為主瓣的擴散角（θ0），當用J2(X)、J3(X)……分別求出第一副瓣、第二副瓣……的擴散角θ1、θ2……等（如下圖b），同樣由sinθ=1.22(λD)求出，當S=b=1.64(D24λ)=1.64N時，主聲束由晶片中心擴散到晶片邊緣的距離（也可用二項式展開證明）（注：也有資料以1.6

3、7N為主聲束由晶片中心擴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]：應從兩種方法的靈敏度高低、檢測厚度范圍、易發(fā)現(xiàn)的缺陷形狀以及安全防護和經(jīng)濟性等方面進行比較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??？答：①兩列頻率相同，振動方向相同，相位相同或相位差恒定的波相遇時，由于波疊加的結果，會使某些地方的振動始終互相加強，而另一些地方的振動始互相減弱或完全抵消，這種現(xiàn)象稱為波

4、的干涉，產生干涉現(xiàn)象的波稱為相干波。相干波現(xiàn)象的產生是相干波傳播到各點時波程不同所致。②當波程差等于波長的整數(shù)倍時，合成振幅達最大值。③當波程差等于半波長的奇數(shù)倍時，合成振幅達最小值。4何謂駐波？為什么通常取晶片厚度等于半波長？答：①兩列振幅相同的相干波，在同一直線上相向傳播時互相疊加而成的波，稱為駐波。②當介質厚度等于半波長整數(shù)倍時，會產生駐波。所以取晶片厚度可以形成駐波，產生共振，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：介質中波動傳播到的各點都可以看到是發(fā)射子波的波源，其后任意時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中傳播的許多現(xiàn)象。6.什么叫衰減？產生衰減的原因是什么？答：超聲波在介質中傳播時，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：①擴散衰減：超聲波在傳播中，由于聲束的擴散，使

6、能量逐漸分散，從而使單位面積內超聲波的能量隨著傳播距離的增加而減小，導致聲壓和聲強的減小。②散射衰減：當聲波在傳播過程中，遇到不同聲阻抗的介質組成的界面時，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（與波長相比）的界面上產生。由于晶粒排列不規(guī)則，聲波在斜傾的界面上發(fā)生反射、折射及波型轉換（統(tǒng)稱散射），導致聲波能量的損耗。③粘滯衰減：聲波在介質中傳播時，由于介質的粘滯性而造成質點之間的內壁摩擦，從而

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

8、在時，同一點的靜態(tài)壓強之差，稱為聲壓。單位時間內穿過和超聲波傳播方向垂直的單位面積上的能量稱為聲強。介質中的任何一點的聲壓和該質點振動速度之比稱為聲阻抗。17.在棒材圓周面上進行超聲探傷時第一次底波與第二次底波之間可見到有兩個遲到波如下圖所示請指出這兩個遲到波各是什么波型（前面為LLL波后面為LSL波）18.如何提高近表面缺陷的探測能力？[提示]：提高近表面缺陷的探測能力應從下面三方面著手：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試塊側面上探測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遲到波各是什么波型（前面為LLL波后面為LSL波）21.脈沖反射探傷法對探頭晶片有什么要求？答：①轉換效率要高，盡可能降低轉換損失，以獲得較高的靈敏度，宜選用Kt（機電耦合系數(shù)）大的晶片。②脈沖持續(xù)時間盡可能短，即在激勵晶片后

10、能迅速回復到靜止狀態(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，晶片與被檢材料的聲阻抗盡量接近，水浸法探傷時，晶片應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，居里點溫度要高。⑥制造大尺寸（直徑）探頭時，應選擇介電常數(shù)小的晶片。⑦探頭實際中心頻率與名義頻率之間誤差小，頻譜包絡無雙峰。22.右圖為CSKIA試塊示意圖，試述其主要用途[提示]①用于超聲波檢測儀器和探頭的組合性能測試；②

11、標定檢測距離，測定斜探頭的前沿距離和折射角；③調節(jié)超聲波檢測儀的相對靈敏度等23.為什么超音波檢測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準平底孔試塊進行測試，而平底孔孔徑每增加一倍相差12dB，如Φ2mm與Φ4mm在相同聲程時其反射波高相差12dB，在制造技術上，因為在示波屏上反射波高按20log規(guī)律變化，即12dB=20log4，或12dB=20log(14)，即波形高度按1:4或4:1之比來測量，基于這兩個