超声波原理及应用科技小论文_超声波原理及其应用

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超声波原理及应用

土建学院土木120412231103朱飘扬

一、摘要：本文对超声波原理及应用专题实验该实验进行了一些的总结与讨论，同时结合自己在做实验时学到的知识扩展到现实生活中，查阅了相关资料，对实验涉及的知识点加强了理解和认识。

二、关键词：超声波、产生及原理、传播及反射、应用。

三、背景：正常人的听觉可以听到20赫兹（Hz）-20千赫兹（kHz）的声波，当声波的振动频率小于20Hz或大于20KHz时，我们便听不见了。因此，我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律，与可听声波的规律没有本质上的区别。但是超声波的波长很短，只有几厘米，甚至千分之几毫米。由于超声波的频率高,其波长较同样介质中的声波波长短得多,衍射现象不明显,所以超声波的传播方向好。超声波在介质中传播,当振幅相同时,振动频率越高能量越大。因此,它比普通声波具有大得多的能量。超声波虽然在气体中衰减很强,但在固体和液体中衰减较弱。在不透明的固体中,超声波能够穿透几十米的厚度,所以超声波在固体和液体中应用较广。

四、论述

1、超声波的产生与传播 当利用确定反射体（界面或人工反射体）测量声速时，只需要测量该反射体的回波时间，就可以计算得到声速。而对于单个的反射体，能够直接测量的时间包含了超声波在探头内部的传播时间t0，即探头的延迟。对于任何一种探头，其延迟只与探头本身有关，而与被测的材料无关。因此，首先需要测量探头的延迟，然后才能利用该探头直接测量反射体回波时间。

直探头：延迟t=2t1-t2

CL=(2L)/(t2-t1)邪探头：延迟t=2t1-t2CL=(2R2-2R1)/(t2-t1)

2、折射角的测量

B1为试块的1次底面回波，B2 称为试块的2次底面回波，确定B1、B2的波型后，可以分别测量纵波和横波的折射角。让把探头的纵波声束对正（回波幅度最大时为正对位置）CSK-IB试块上的横孔A，用钢板尺测量正对时探头的前沿到试块右边沿的距离LA1；然后向左移动探头，再让纵波声束对正横孔B，并测量距离LB1。测量A和B的水平距离L和垂直距离H，则探头的折射角为：

1tan1(LB1LA1L)

H3、超声波探测

声束扩散角的测量：

直探头：利用直探头分别找到B1通孔对应的回波，移动探头使回波幅度最大，并记录该点的位置x0及对应回波的幅度；然后向左边移动探头使回波幅度减小到最大振幅的一半，并记录该点的位置x1；同样的方法记录下探头右移时回波幅度下降到最大振幅一半对应点的位置x2；则直探头扩散角为：

2tg1|x2x1| 2L斜探头：测量出探头的折射角β，然后利用测量直探头同样的方法，按下式计算斜探头的扩散角近似为：

2tg1[|x2x1|cos2] 2L要实现对缺陷进行定位，除了必须测量（或已知）探头的延迟、入射点外，还必须测量（或已知）探头在该材质中的折射角和声速。通常我们利用与被测材料同材质的试块中两个不同深度的横孔对斜探头的延迟、入射点、折射角和声速进行测量。

五、拓展

超声学是一门应用性和边缘性很强的学科，从它一百多年来的发展可以看出，超声学是随着它在国防、工农业生产、医学、基础研究等领域中应用的不断深入而得到发展的。它不断借鉴电子学、材料科学、光学、固体物理等其他学科的内容，而使自己更加丰富。同时，超声学的发展又为这些学科的发展提供了一些重要器件和行之有效的研究手段。如超声探伤和超声成像技术都是借鉴了雷达的原理和技术而发展起来的，而超声的发展又为电子学、光电子学、雷达技术的发展提供了超声延迟线、滤波器、卷积器、声光调制器等重要的体波和表面波器件。超声波在军事中的应用主要运用超声波方向性好的特性。由于超声波基本上是沿直线传播的，可以定向发射，如果渔船载有水下超声波发生器，它旋转着向各个方向发射超声波，当超声波遇到鱼群时会反射回来，渔船探测到反射波就知道鱼群的位置了，这种仪器叫声纳。它也可以用来探测水中的暗礁和敌人的潜艇以及测量海水的深度。参考文献：《大学物理实验》成正维、牛原 搜搜百科-超声波原理和应用