文档介绍：超声波专题实验总结及应用拓展

摘要:
介绍超声波产生与传播及其原理,论述专题实验过程,对自己的动手操作过程反思与总结。另外实验过后查阅超声波的现代应用技术,扩宽对超声波的认知了解。
关键词:
超声波产生原理   经验与总结发展及其应用  
专题实验背景:

超声波是指频率指频率超过2万赫兹( Hertz,Hz)即超过人耳听觉范围的声波。超声波是声波大家族中的一员,和可闻声本质上是一致的,它们的共同点都是一种机械振动,通常以纵波的方式在弹性介质内传播,是一种能量和动量的传播形式,其不同点是超声频率高,波长短,在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性。
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早在1830年,F·Savart曾用齿轮,第一次产生 HZ的超声,1876年F·Galton用气哨产生 Hz 的超声。1912年4月10日,泰坦尼克号触冰山沉没,引起科学界注意,希望可以探测到水下的冰山。直到第一次世界大战中,德国大量使用潜艇,击沉了协约国大量舰船,探测潜艇的任务又提到科学家的面前[1]。当时的科学家郎之万和他的朋友利用当时已出现的功率很大的放大器和石英压电晶体结合起来,能向水下发射几十千赫兹的超声波,成功的将超声波应用到实际中。
现在,超声波测试把超声波作为一种信息载体,它已在海洋探测与开发、无损检测、医学诊断等领域发挥着不可取代的独特作用。例如:在海洋应用中,超声波可以用来探测鱼群和冰山,可以用于潜艇导航或传送信息、地形地貌测绘和地质勘探等。在检测中,利用超声波检测固体材料内部缺陷、材料尺寸测量、物理参数侧量等。在医学中,可以利用超声波进行人体内部器官的组织结构扫描和血流速度的测量等。
专题实验内容论述:
实验原理
超声波的产生:
压电效应:某些固体物质,在压力(或拉力)的作用下产生形变,从而使物质本身极化,在物体相对的表面出现正、负束缚电荷,这一效应称为压电效应。
通常具有压电效应的物质同时也具有逆压电效应,即当对施加电压后会发生变形。超声波探头利用逆压电效应产生超声波,而利用压电效应接收超声波。
超声波波型及换能器种类通常有如下三种:
纵波波型:当介质中质点振动方向与超声波的传播方向一致时,此超声波为纵波波型。任何固体介质当其体积发生交替变化时均能产生纵波。
横波波型:当介质中质点的振动方向与超声波垂直时,此种超声波为横波波型。由于固体介质除了能承受体积变形外,还能够承受切变变形。当其中剪切力交替作用于固体介质时均能产生横波。横波只能在固体介质中传播。
表面波波型:是沿着固体表面传播的具有纵波和横波的双重性质的波。表面波可以看成是由平行于表面的纵波和垂直于横波的横波合成,振动质点的轨迹为一椭圆,在距表面1/4波长深处振幅最强,随着深度的增加很快率减,实际上离表面一个波长以上的地方,质点振动的振幅已经很微弱了。
常用的超声波探头有直探头和斜探头两种:
探头通过保护膜或斜楔向外发射超声波;吸收背衬的作用是吸收晶片向背面发射的声波,以减少杂波;匹配电感的作用是调整脉冲波的波形。一般,直探头产生纵波,斜探头产生横波或表面波。另一种可变角探头,如图1-4所示。其中探头芯可以旋转,通过改变探头的入射角q,得到不同折射角的斜探头。当q =0时成为直探头。