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超声物理基础知识课件

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目录

壹

超声波的定义

贰

超声波的产生

叁

超声波的传播

肆

超声波的检测技术

伍

超声波的应用实例

陆

超声波的未来趋势

超声波的定义

第一章

波的分类

超声波是频率高于20kHz的声波，而低于20kHz的声波称为可听声波。

按频率分类

声波在不同介质中传播，如空气、水和固体，其速度和特性会有所不同。

按介质分类

纵波和横波是两种基本的波传播方式，超声波在固体中可以是纵波或横波。

按传播方式分类

超声波特性

超声波的频率超过人耳能听到的最高阈值20kHz，因此对人类是不可听见的。

频率高于20kHz

超声波在不同介质的界面上会发生反射和折射，这一特性被广泛应用于医学成像和距离测量。

反射和折射现象

由于超声波的频率高，波长较短，因此具有较强的穿透力，能深入物质内部进行检测。

波长短、穿透力强

应用领域

超声波在医学领域广泛应用于B超检查，帮助医生观察内部器官结构，无创且实时。

医学成像

超声波测距仪通过发射超声波并接收其回声来测量距离，常用于汽车倒车雷达系统。

距离测量

利用超声波检测材料内部缺陷，如裂纹、空洞等，广泛应用于金属、塑料等材料的无损检测。

工业检测

超声波清洗利用高频振动产生的微小气泡，有效去除物体表面的污垢和杂质，应用于精密零件的清洁。

清洁技术

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超声波的产生

第二章

产生原理

超声波通过振动源如压电陶瓷或磁致伸缩材料的高频振动产生，这些材料在电场或磁场作用下产生形变。

振动源的使用

利用超声波发生器中的放大电路，将微弱的振动信号放大，以产生足够强度的超声波。

声波的放大

在特定频率下，超声波发生器的振子与介质产生共振，从而有效转换能量，产生高强度的超声波。

共振现象的应用

发射设备

利用压电材料在电场作用下产生振动的特性，转换电能为机械能，从而发射超声波。

压电效应原理

01

通过改变磁场强度使磁致伸缩材料产生形变，进而产生超声波，广泛应用于超声波清洗设备中。

磁致伸缩原理

02

信号调制

通过改变超声波的频率来携带信息，广泛应用于超声成像和通信系统中。

频率调制

01

02

调整超声波的振幅以传递数据，常用于超声波远程控制和测量技术。

幅度调制

03

改变超声波的相位来编码信息，用于提高信号传输的稳定性和安全性。

相位调制

超声波的传播

第三章

传播介质

超声波在空气中的传播速度约为343米/秒，传播距离和介质密度密切相关。

气体中的传播

01

在水中，超声波的传播速度约为1482米/秒，液体的温度和盐度会影响传播速度。

液体中的传播

02

超声波在固体中的传播速度最快，例如在钢中可达到约5960米/秒，固体的弹性模量是关键因素。

固体中的传播

03

传播特性

超声波的衰减

超声波的反射

01

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超声波在介质中传播时，其强度会随着距离的增加而减弱，这一特性在超声检测中需特别考虑。

超声波遇到不同介质界面时会发生反射，如在医学超声成像中利用反射原理来观察内部结构。

02

当超声波从一种介质进入另一种介质时，其传播方向会发生改变，即折射，这在水下声纳探测中非常重要。

超声波的折射

影响因素

介质的性质

不同介质中，超声波的传播速度和衰减程度不同，如空气、水和固体。

频率的影响

压力和密度

介质的压力和密度变化会影响超声波的传播速度和反射特性。

超声波的频率越高，其在介质中的衰减越快，传播距离越短。

温度变化

温度升高通常会增加介质的声速，影响超声波的传播特性。

超声波的检测技术

第四章

检测原理

超声波在遇到不同介质界面时会产生反射，通过分析反射波的特性可以检测物体的内部结构。

反射原理

超声波在特定频率下会引起物体共振，通过共振频率的变化可以判断物体的材料属性。

共振原理

当超声波遇到障碍物时，会发生弯曲传播，利用衍射现象可以探测到物体的形状和大小。

衍射原理

检测设备

超声波探伤仪

01

超声波探伤仪利用超声波检测材料内部缺陷，广泛应用于工业无损检测领域。

超声波流量计

02

超声波流量计通过测量声波在流体中传播的时间差来确定流体的流量，常用于管道流量监测。

超声波显微镜

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超声波显微镜利用超声波的反射和折射原理，对微小物体进行高分辨率成像，用于材料科学和生物学研究。

应用实例

超声波在医疗领域的应用广泛，如超声成像技术，用于观察胎儿发育和诊断内部器官疾病。

01

医疗超声成像

在工业领域，超声波检测技术被用于检测材料内部缺陷，如管道和金属结构的裂纹检测。

02

工业无损检测

超声波技术在水下探测中应用，如声纳系统，用于测量水深、探测水下物体和导航。

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水下探测

超声波的应用实例

第五章

医学成像

超声波技术能够无创地观察胎儿发育情况，是产前检查的重要工具。

超声波在产科的应用

心脏超声检查（心脏彩超）能够评估心