A型超声探测.docxVIP

A型超声探测频率大于20000Hz的机械波称为超声波。超声波具有声波的一切性质以外还有方向性好、强度大、深层反射波易探测等特性。超声波与物质相互作用的时候可以产生机械效应、热效应、空化效应等。1917年法国科学家郎之万研制出超声发射器。1946年超声脉冲回声技术开始用于医学诊断。超声诊断的基本原理是通过采集和在荧光屏上显示超声波透入体内后的回波信号的位置及幅度大小来分析病变组织的位置、形态以及性质。回波信号以幅度显示的称为A类超声仪。本实验要求掌握超声波的产生、发射和接受的基本原理；了解超声波的性质及生物效应；掌握用A型超声波实验仪器测量声速和水层厚度的原理以及方法；掌握超声探伤的物理基础。一． 实验原理实验中使用压电法产生超声波。压电法采用了压电式换能器，也称为探头，它是应用某些晶体的压电效应制成的。所谓压电效应是指压电晶片相对两个表面受到压力或拉力其厚度发生改变时，晶体两表面上出现等量异号电荷的现象。在一定范围内，受力越大产生的电荷越多，当晶片受到变化的压力和拉力作用时，晶片两表面之间产生同样规律的压力变化。当晶体两表面加上交变电压时晶片的厚度也会随之发生改变，称为逆压电效应。对压电晶片施加大于20000Hz的电压时，压电晶片会产生超声振动。超声波在传播过程中遇到声阻抗不同的介质面，在垂直入射的的条件下，反射波与入射波的强度的关系：Ir=(z2−zI)2Ii，其中Ir是反射波强度，Z1、Z2分别表示第一种和第二种z2+z1媒介的声阻抗。声阻抗Z=ρ*C；ρ表示媒介密度，C是超声波在改接至终的波速。用超声波测量媒质厚度时，将超声波所经过的媒质界面的回波通过探头转换为电信号显示在示波器上。根据两回波出现的时间间隔t以及媒质中的声速C，可以计算出媒质的厚度：X=Ct/2。二． 实验装置及材料A类超声综合实验仪主机和数字示波器。此外，还配有有机玻璃水箱、样品架三个、游标卡尺以及电缆线两根。样品包括：铝、铁、铜、有机玻璃、冕玻璃和有缺陷的金属块。三． 实验内容（一）必做内容：水声测定及金属材料探伤1. 水声速测定（1）准备工作：信号幅度调节至最小位置。在有机玻璃水箱侧面装上超声波探头后注入清水，至超过探头位置1cm左右即可。用一根电缆线把探头与“超声探头”接线柱相接；用另一根电缆把回波“信号输出”接线柱与示波器相连接。（2）打开主机电源，预热后将信号幅度旋钮右旋至适当位置。打开示波器开关，预热五分钟。（3）取样品放入样品架的圆孔中，将样品架放在水箱上面的轨道上，并观察样品底面是否与水平面垂直。调节样品架和并观察示波器上反射回波信号的大小，直到脉冲幅度最大为止。（4）移动样品架，测出探头表面与样品之间的垂直距离x，利用示波器测出每个位置下超声波的传播时间t，每隔5cm取一个点，每个测量三次求平均值。 （5）将实验数据作t-x的线性拟合，根据拟合直线的斜率求水的声速，并于理论值比较。实验中有时看到水箱壁反射引起的回波，舍弃之。（6） 求水中声速C的不确定度。2. 金属材料探伤（1） 重复内容1中的（1）（2）（3）（2）另一样品放在水箱轨道上，把内部有缺陷的金属通过挂钩挂在样品架上。（3）使金属的缺陷位置与探头对应，测出金属块前表面回波与缺陷位置回波的时间间隔t1。（4）移动金属块，使探头对准无缺陷位置，测出金属块前表面回波和后表面回波的时间间隔t2；（5） 用游标卡尺测出样品的总长度D，根据公式x=t1D算出缺陷的位置。t2（二）选做内容1. 测金属样品的声速（1）重复1中的（1）（2）（3）；（2）选一种金属材料，放入样品架并且固定，用2中的（2）（4），在示波器的荧光屏上测出该金属材料前表面与后表面的回波时间间隔t，测量五次求出平均值。（3）用游标卡尺测出金属样品高度H，测量三次。（4） 计算金属材料的声速，并于标准值比较。2. 测量A超仪器的纵向分辨率和横向分辨率四． 实验记录1. 测量水中超声波的速度x/mT1/msT2/msT3/ms̅T/ms0.0000.0360.0360.0360.0360.0500.1040.1000.1040.1030.1000.1720.1680.1680.1690.1500.2360.2360.2360.2360.2000.2960.3000.3000.2990.2500.3640.3640.3640.364实验温度：21.8℃相对湿度：54.0%计算出平均时间以后用origin进行线性拟合，得到拟合图： 同时给出数据：slope=0.76245，standarderror=0.00384 此处斜率即为水中声速的二分之一，取三位有效数字，有：V=2×(0.762±0.003)km/s=(1524±6)m/s实验分析：在豆丁网《温度与水中声速对照表》中查到21.8℃时，声波中的水速是1487.6m