文档介绍：Revised as of 23 November 2020
超声实验实验报告
近代物理实验实验报告
超声实验
何昊东工物50
指导老师：王合英 2017-3-9
【摘要】: 超声学是一门主要研究超
铝
钢
孔位置
声时/us
探头位置/cm
孔位置
声时/us
探头位置/cm
右1
右1
右2
右2
右3
右3
左1
左1
左2
左2
左3
左3
备注：由于在测量左边三个孔和右边三个孔时，为了方便测量，是将试块上下倒转之后再测的，因此在作差计算折射角时，只能左边孔的数据内部作差，右边孔的数据内部作差。
（3）超声波中心频率测得为
四、实验数据处理
测量探头延迟
由声时t和缺陷位置h，探头延迟t0，声速v之间的关系：

可以得到：

采用直线拟合法可以得到t-h图，其截距的一半即为探头的延迟。由于探头延迟与介质无关所以对于两种探头各自任取一组数据即可。
图1
从图中可得：
直探头延迟：μs
斜探头延迟：μs
测量斜探头横波折射角
不妨假设横波折射角为θ，如图2横波折射示意图可以看出，对于横波有：

该式中，h已知，l则根据之前斜探头数据中“斜探头位置一栏数据做差得到。”采用多次测量求平均的方法可得：

横波折射角/tan(θ)
平均值/rad
钢

铝

测量超声声速
. 纵波波速
由于直探头发出的超声波在界面上不会发生折射，所以直探头发出的全为纵波。
对于直探头，由声时t和缺陷位置h，探头延迟t0，声速v之间的关系：

可知t-h图拟合直线的斜率的一半的倒数即为所求声速，各介质中直探头拟合直线图如图3所示：
-h图
从图中可得，
直探头纵波在铝中的波速为： m/s
直探头纵波在钢中的波速为： m/s
. 横波波速
对于斜探头由声时t和缺陷位置h，探头延迟t0，声速v，折射角θ之间的关系：

可知t-h图拟合直线的斜率的一半的倒数再除以sin(θ)即为所求声速，各介质中斜探头拟合直线图如图4所示：
-h图
从图中可得，
斜探头横波在铝中的波速为：s
斜探头横波在钢中的波速为：s
测量试块的弹性模量
根据弹性模量的计算公式：

其中
将所求出的各介质中的波速带入即可解得：

E/GPa
σ
K/GPa
钢
216

166
铝
68

76
测量试块中的超声波长
调节示波器的显示范围使得波包展开，截取波包即可测量得到超声频率。为：
关于中心频率：在测量探头的中心频率时，发现了这样一个事实，即无论怎样改变程序中参数设定里的工作频率，所测得的探头的中心频率其实是不会变的。也就是说，探头的中心频率应当是仪器本身的一个固定特性。经查证，决定中心频率的是压电晶片的厚度。
关于重复频率：重复频率又称脉冲重复频率（PRF），是指探头在一秒内发出脉冲的次数。重复频率的适当选择有助于进行精确的探伤。因为探头在移动的过程中，超声波信号是间断发射的，如果移动的速度过快（特别对于自动化检测设备，探头的扫查速度可以高达500mm/s）而PRF太低，可能会造成探头划过某处缺陷时，还没有超声波“照射”到缺陷，造成漏检。而如果PRF过高就会发生另一种情况：仪器第一次发射的超声波还没有被探头接收到，就接着发出了第二次、第三次超声波，结果第一次超声波的回波