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超聲波和超聲波測(cè)厚儀的工作原理

2023-11-17 [731]

超聲
     ultrasonic(ultrasound)
     聲音是與人類生活緊密相聯(lián)的一種自然現(xiàn)象。當(dāng)聲的頻率高到超過(guò)人耳聽(tīng)覺(jué)的頻率極限(根據(jù)大量調(diào)查,取整數(shù)20000赫)時(shí),
     人們就覺(jué)察不出聲的存在,因而稱這種高頻率的聲為“超"聲。

超聲波的特點(diǎn)
     束射特性
     由于超聲波的波長(zhǎng)短,超聲波射線可以和光線一樣,能夠反射、折射,也能聚焦,而且.遵守幾何光學(xué)上的定律。即超聲波射線從一種物質(zhì)表面反射時(shí),入射角等于反射角,當(dāng)射線透過(guò)一種物質(zhì)進(jìn)入另一種密度不同的物質(zhì)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生折射,也就是要改變它的傳插方向,兩種物質(zhì)的密度差別愈大,則折射也愈大。
     吸收特性
     聲波在各種物質(zhì)中傳播時(shí),隨著傳播距離的增加,強(qiáng)度會(huì)漸進(jìn)減弱,這是因?yàn)槲镔|(zhì)要吸收掉它的能量。
     對(duì)于同一物質(zhì),聲波的頻率越高,吸收越強(qiáng)。
     對(duì)于一個(gè)頻率一定的聲波,在氣體中傳播時(shí)吸收*歷害,在液體中傳播時(shí)吸收比較弱,在固體中傳播時(shí)吸收*小。

超聲波的能量傳遞特性
     超聲波所以往各個(gè)工業(yè)部門中有廣泛的應(yīng)用,主要之點(diǎn) 還在于比聲波具有強(qiáng)大得多的功率。為什么有強(qiáng)大的功率呢?因?yàn)楫?dāng)聲波到達(dá)某一物資中時(shí),由于聲波的作用使物質(zhì)中的分子也跟著振動(dòng),振動(dòng)的頻率和聲波頻率—樣,分子振動(dòng)的頻率決定了分子振動(dòng)的速度。頻率愈高速度愈大。物資分子由于振動(dòng)所獲得的能量除了與分子的質(zhì)量有關(guān)外,是由分子的振動(dòng)速度的平方?jīng)Q定的,所以如果聲波的頻率愈高,也就是物質(zhì)分子愈能得到更高的能量、超聲波的頻率比聲波可以高很多,所以它可以使物資分子獲得很大的能量;換句話說(shuō),超聲波本身可以供給物質(zhì)足夠大的功率。

超聲波的聲壓特性
     當(dāng)聲波通入某物體時(shí),由于聲波振動(dòng)使物質(zhì)分子產(chǎn)生壓縮和稀疏的作用,將使物質(zhì)所受的壓力產(chǎn)生變化。由于聲波振動(dòng)引起附加壓力現(xiàn)象叫聲壓作用。
     由于超聲波所具有的能量很大,就有可能使物質(zhì)分子產(chǎn)生顯諸的聲壓作用、例如當(dāng)水中通過(guò)一般強(qiáng)度的超聲波時(shí),產(chǎn)生的附加壓力可以達(dá)到好幾個(gè)大氣壓力。液體中存起著如此巨大的聲壓作用,就 會(huì)引起值得注意的現(xiàn)象。當(dāng)超聲波振動(dòng)使液體分子壓縮時(shí),好象分子受到來(lái)直四面八方的壓力;當(dāng)超聲波振動(dòng)使液體分子稀疏時(shí),好象受到向外散開(kāi)的拉力,對(duì)于液體,它們比較受得住附加壓力的作用,所以在受到壓縮力的時(shí)候;不大會(huì)產(chǎn)生反常情形。但是在拉力的作用下,液體就會(huì)支持不了,在拉力集中的  地方,液體就會(huì)斷裂開(kāi)來(lái),這種斷裂作用特別容易發(fā)生在液體中存在雜質(zhì)或氣泡的地方,因?yàn)檫@些地方液體的強(qiáng)度特別低,也就特別經(jīng)受不起幾倍于大氣壓力的拉力作用。由于發(fā)生斷裂的結(jié)果,液體中會(huì)產(chǎn)生許多氣泡狀的小空腔,這種空泡存在的時(shí)間很短,一瞬時(shí)就會(huì)閉合起來(lái)。空腔閉合的時(shí)候會(huì) 產(chǎn)生很大的瞬時(shí)壓力,一般可以達(dá)到幾千甚至幾萬(wàn)個(gè)大氣壓力。液體在這種強(qiáng)大的瞬時(shí)壓力作用下,溫度會(huì)驟然增高。 斷裂作用所引起的互大瞬時(shí)壓力,可以使浮懸在液體中 的固體表面受到急劇破壞。我們常稱之為空化現(xiàn)象。

超聲波的應(yīng)用具有以下的特點(diǎn):
     1. 超聲波具有較好的指向性——頻率越高,指向性越強(qiáng)。這在諸如探傷和水下聲通訊等應(yīng)用場(chǎng)合是主要的考慮因素。
     2. 頻率高時(shí),相應(yīng)地波長(zhǎng)將變短,因而波長(zhǎng)可與傳播超聲波的試樣材料的尺寸相比擬,甚至波長(zhǎng)可遠(yuǎn)小于試樣材料的尺寸.這在厚度尺寸很小的測(cè)量應(yīng)用中以及在高分辨率的探傷應(yīng)用中是非常重要的。
     3. 超聲波用起來(lái)很安靜,人們聽(tīng)不到它。這一點(diǎn)在高強(qiáng)度工作場(chǎng)合尤為重要。這些高強(qiáng)度的工作用可聞?lì)l率的聲波來(lái)完成時(shí)往往更有效,然而遺憾的是,可聞聲波工作時(shí)所產(chǎn)生的噪聲令人難以忍受,有時(shí)甚至是對(duì)人體有害的。


     超聲波測(cè)厚儀是根據(jù)超聲波脈沖反射原理來(lái)進(jìn)行厚度測(cè)量的,當(dāng)探頭發(fā)射的超聲波脈沖通過(guò)被測(cè)物體到達(dá)材料分界面時(shí),脈沖被反射回探頭通過(guò)精確測(cè)量超聲波在材料中傳播的時(shí)間來(lái)確定被測(cè)材料的厚度。凡能使超聲波以一恒定速度在其內(nèi)部傳播的各種材料均可采用此原理測(cè)量。


超聲波測(cè)厚儀是采用高性能、低功耗微處理器技術(shù),基于超聲波測(cè)量原理,可以測(cè)量金屬及其它多種材料的厚度,并可以對(duì)材料的聲速進(jìn)行測(cè)量??梢詫?duì)生產(chǎn)設(shè)備中各種管道和壓力容器進(jìn)行厚度測(cè)量,監(jiān)測(cè)它們?cè)谑褂眠^(guò)程中受腐蝕后的減薄程度,也可以對(duì)各種板材和各種加工零件作精確測(cè)量  。
超聲波測(cè)厚儀主要有主機(jī)和探頭兩部分組成。主機(jī)電路包括發(fā)射電路、接收電路、計(jì)數(shù)顯示電路三部分,由發(fā)射電路產(chǎn)生的高壓沖擊波激勵(lì)探頭,產(chǎn)生超聲發(fā)射脈沖波,脈沖波經(jīng)介質(zhì)介面反射后被接收電路接收,通過(guò)單片機(jī)計(jì)數(shù)處理后,經(jīng)液晶顯示器顯示厚度數(shù)值,它主要根據(jù)聲波在試樣中的傳播速度乘以通過(guò)試樣的時(shí)間的一半而得到試樣的厚度。



由于超聲波處理方便,并有良好的指向性,超聲技術(shù)測(cè)量金屬,非金屬材料的厚度,既快又準(zhǔn)確,無(wú)污染,尤其是在只許可一個(gè)側(cè)面可按觸的場(chǎng)合,更能顯示其*性,廣泛用于各種板材、管材壁厚、鍋爐容器壁厚及其局部腐蝕、銹蝕的情況,因此對(duì)冶金、造船、機(jī)械、化工、電力、原子能等各工業(yè)部門的產(chǎn)品檢驗(yàn),對(duì)設(shè)備安全運(yùn)行及現(xiàn)代化管理起著主要的作用。
超聲清洗與超聲波測(cè)厚儀僅是超聲技術(shù)應(yīng)用的一部分,還有很多領(lǐng)域都可以應(yīng)用到超聲技術(shù)。比如超聲波霧化、超聲波焊接、超聲波鉆孔、超聲波研磨、超聲波液位計(jì)、超聲波物位計(jì)、超聲波拋光、超聲波清洗機(jī)、超聲馬達(dá)等等。超聲波技術(shù)將在各行各業(yè)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。



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