超声检测物理基础第二章6.pptVIP

声学检测技术 2.5 超声场的特征值 超声场的概念 存在超声波的空间 超声场具有一定的空间 大小和形状 第二章　超声检测的物理基础 一、声压 介质中有声波扰动时，质点产生振动, 有 位移、速度等矢量，是时间和空间位置的函 数； 由于声波的扰动，压强、密度等标量，会 随时间和空间变化。 声压容易测量、是标量，处理比较简单， 是声学中最常用的物理量。 介质中没有声波时的压强为 有声波扰动时的压强为 逾压： 第五节　超声场的特征值 通常所说的声压是逾压。 在大多数情况下，声压在一段时间内按照 时间的正弦函数变化。 声压的幅值 瞬时声压：声场中某一瞬时的声压值 峰值声压：在一定时间内的最大瞬时声压 有效声压：在一定时间内，瞬时声压对时 间取均方根 第五节　超声场的特征值 用电子仪器测量的是有效声压 声压的大小反映了声波的强弱，单位：帕 人耳的听阈：1000Hz时的觉察声压 微风轻轻吹动树叶的声音 在房间中的高声谈话（相距1m） 交响乐队演奏（相距5－10m） 飞机发动机的声音 第五节　超声场的特征值 二、声阻抗率与媒质的特性阻抗 声阻抗率：声场中某位置的声压与该位置 的质点速度的比值。 声阻抗率是表征介质声学性质的重要物理 量。 声场中某位置的声阻抗率可能是复数，反 映了能量的损耗。 声阻抗率的单位： 第五节　超声场的特征值 三、声场中的能量关系 1.声能量和声能量密度 声波在介质中传播，使原来静止的介质得 到能量，扰动传走，声能量也跟着转移，声 波的过程实质上是声振动能量的传播过程。 由于声扰动，体积元得到的动能为 压强由 变为 得到的势能为 第五节　超声场的特征值 体积元内总的声能量为 单位体积内的声能量称为声能量密度 对于平面波： 第五节　超声场的特征值 体积元内声能量的瞬时值 结论： 平面声场中任何位置上动能和势能的变化 是同相位的，总能量随时间由0变到最大值， 是动能或势能的两倍，这种规律表明：能量 不是储存在系统中，而是具有传递特性，这 是行波的一个特征。 第五节　超声场的特征值 对一个周期取平均，有平均声能量 单位体积内的平均声能量称为平均声能量密度 对于平面波声场,声压幅值是常数 平均声能量密度处处相等。 第五节　超声场的特征值 2.声功率和声强 平均声能量流： 单位时间内通过垂直于传播方向的面积 S的平均声能量，又可称为平均声功率，单 位为瓦。 声能量是以速度c传播的， 平均声能量流密度： 通过垂直于声传播方向的单位面积上的 平均声能量流，又称声强。 第五节　超声场的特征值 讨论： 根据声强的定义，还可以用单位时间 内、单位面积的声波向前进方向毗邻媒质所 作的功表示。 单位是 对平面波 对球面波 对柱面波 第五节　超声场的特征值 对于平面波， 向正方向传播时，声强为 向负方向传播时，声强为 负号代表声能量向负方向传播。 结论： 1.声强是有方向的量，它的指向就是声传播方 向。 2.声强与声压幅值或速度幅值的平方成正比；在 相同质点速度幅值情况下，与特性阻抗成正比。 在特性阻抗较大的介质中，用较小的振动速 度，可发出较大的能量。 3.有反射波的空间，声强往往不能反映其能量关 系，必须用平均声能量密度描述。 第五节　超声场的特征值 2.6 声压级与声强级 声强的范围： 人产生的“响度感觉”不是正比于强度的绝 对值，而是近似与强度的对数成正比。 声压级和声强级：用对数标度来度量声压 和声强。 常用“级”来描述，单位：dB（分贝） 声学量的级是一个声学量与同类量的基准 值之比的对数 第二章　超声检测的物理基础 声压级 以符号SPL表示，定义为 在空气中，参考声压取 这个数值是正常人耳对1KHz声音刚刚能觉 察其存在的声压值－可听阈声压。 在水中，参考声压取 第六节　声压级与声强级 声强级 以符号SIL表示，定义为 在空气中，参考声强一般取 声压级与声强级在数值上近似相等 第六节　声压级与声强级 声压级 1kHz的声音（可听域声压）：0dB