A类超声实验.docx

实验四、A类超声实验一、 实验目的：1 •超声波产生和发射机理2 •用A类超声实验仪测量水中声速、水层厚度3 •用A类超声实验仪测量固体厚度及超声无损探伤二、 实验装置与材料A类超声实验仪主机（FD-UDE-A型）、数字示波器（DS5022ME）、有机玻璃水 箱、金属反射板、探头、游标卡尺、样品架（可放12个样品：铝、铁、铜、有 机玻璃、冕玻璃和带缺陷的铝柱）三、 实验原理1 •超声波的产生与接收产生超声波的方法有很多种，应用最普遍的是压电法压电法釆用压电式换能 器（探头），它是应用某些晶体的压电效应制成的所谓（正）压电效应是指压iiF压电晶体电晶片相对的两个表面受到压力 或拉力其厚度发生变化时，晶片 两表面上出现等量异号电荷的现 象在一定范围内，受力越大产 生的电荷越多，当晶片受到变化 的压力和拉力交替作用时，晶片 两表面之间产生同样规律的电压 变化；反之当晶体两表面之间加 上交变的电压时，晶体的厚度将视电场的方向而变化，这种现象称为逆压电效 应当对压电晶片施加频率大于20KHZ的交变电压（由高频振荡器产生），那 么在交变电场的作用下，压电晶片将发生同频率的压缩和拉伸形变，即产生超 声振动，该振动在弹性媒质中传播产生超声波。

超声波就是频率高于20KHZ并 不引起声感的弹性波其主要特性：频率高、波长短、方向性强，并与其他波 动一样2 •超声波的反射当超声波从一种介质进入另一种介质时，在介质的交界面上也发生反射现 象反射波的强度I r与入射波的强度占之比，决定于两种煤质的阻抗差： (1)Ir E1 - E 2 )2 j [ E1 + E 2 ‘式中E1=p1C1, E2 =p2C2分别表示第一媒质和第二媒质的声阻抗（pl、p2和 C1、C2表示两种不同媒质的密度和超声波在两种介质中的传播速度）根据⑴式可知，两种媒质的阻抗差愈大，超声波在其分界面上的反射就愈强 烈3 •超声波测厚度及声速利用超声波测量媒质厚度或异物深度（探 伤）时，通常是将超声波所经媒质界面的 回波通过探头转变成相应的电脉冲信号 并显示在示波器荧光屏上,根据两回波出 现的时间间隔t及媒质的速度C，计算出 如图（2）所示k一X 一J—碟质1媒质2所对应的媒质厚度x，由于在前后两个回波所对应的时间间隔 内，超声波经历了入射和反射两个过程之 后才被探头接收，所以X=Ct/2 回波牀冲若测出媒质厚度x，在示波器荧光屏上读出与媒质厚度对应的两回波脉冲的间隔时间t，就可以算出速度C，即： C=2x/t- （3） 或者利用x与t的线性关系求出声速C。

医学上就是利用超声波在人体内遇到不 同密度的组织界面时，部分能量将被反射回来，形成回波，根据回波出现的时 间间隔得知不同组织间的距离四、仪器描述一 ）主机面板上按键、接线柱名称及连接（FD-UDE-A A类超声实验仪a/b/c起声彼探测器血示浹蜃毎买妾示皱童遇卢盖头超声被探测器B电祿〔99 00 “9 OOJI12 3 4 ^5__6 7 S ' § 101・脉冲信号设定 各按键作用为：1—复位键 恢复主机设定的工作状态;2— 减小按键：减小同步信号的低电平持续时间；3—增加按键：增加同步信号的低 电平持续时间；4—选择按键：选择a时A路探测器工作，b时B路探测器工作, 选择c时两路探测器同时工作2•超声探测器A 各接线柱连接：5—示波器探头（A路）：接示波器CH1或 CH2通道；6—接示波器（A）：接示波器EXT通道；7—超声探头（A路）：连接超声探头3•超声探测器B各接线柱连接：8—示波器探头（B路）：接示波器CH1或 CH2通道；9—接示波器（B）：接示波器EXT通道；10—超声探头（B路）：连接超声探头二）主机工作原理本仪器为双路输出，A路和B路两路信号一样以A路信号为例说明仪器的工 作 原 理。

笫一回被 笫二回波主机内由单片机来 控制同步脉冲信号 与A路（或B路）高 频振荡信号同步在 同步脉冲信号的上 升沿，电路发出一个 高频高压脉冲A （或B）至电压换能器，压电换能器产生振荡，并在介质中激发出频率等于谐振频率 的超声波超声波遇到两种不同介质的界面将发生反射，第一次反射回来的超 声波被同一探头接收，此信号经放大、检波、整形处理后以脉冲形式输入示波 器，在荧光屏上形成第一回波，由于超声波在不同介质中的衰减程度以及遇到 不同介质界面时的反射率不同，还可能形成第二回波或更多次回波五、实验内容、实验步骤（一）必做内容1 •水声速测定⑴准备工作：在有机玻璃水箱侧面装上超声波探头后注入清水，至超过探头位 置1cm左右探头另一端与仪器A路（或B路，一下同）“超声探头”连接柱相 接示波器探头”左边接线柱与Q9线的输出端相连，右边接线柱与Q9线的 借地端相连这根Q9线的另一端与示波器的CH1或CH2相连，拿一根Q9线 将仪器的“接示波器”接线柱与示波器的“EXT”相连2）打开主机电源，按“选择”键选择合适的工作状态，显示a为A路探测器工 作，显示b为B路探测器工作，c为两路一起同步工作（很少用）。

⑶将金属挡板放在水箱中的不同位置，并测出探头表面与金属挡板之间的垂直 距离x，利用示波器测出每个位置下超声波的传播时间to可每隔5cm取一个点, 每个被测量重复3次求平均值⑷将实验数据作t-x的线性拟合，根据拟合直线的斜率求水的声速，并与理论 值比较2 •金属材料探伤⑴实验仪器与示波器的连接同必做内容1中的①、②；（2）在样品架上任选一种内部有缺陷的柱状金属材料，在样品表面涂上偶合剂；⑶将探头对应缺陷位置放置，测出始波到缺陷引起的回波的时间差t1；⑷移动探头，使探头置于无缺陷位置，测出始波到第一回波（样品底面回波）的时间差12；⑸用游标卡尺测出样品的总长度D,根据公式x二D算出缺陷t2位置缺陷回破第一回被*1,,,,11,,,1 1 11 1z■一V Lil tz MJ-、（二）选作内容测金属样品的速度（实验方法自拟）注意事项：1・注意不要将超声波探头及示波器探头插错（超声探头连接的Q9插座输出为300V以上的高压），否则会发生人身伤害和损坏损坏示波器的外触发电路2•超声探头处有380V高压，插、拔时注意安全六、实验数据记录将水箱中金属挡板在不同位置时超声波传播时间的数据填入下表中表-1xi/mt/st2/st3/st4/st5/s平均值0.0000.0500.1000.1500.2000.250实验温度： 大气压:七、思考题1 •何为压电效应？2 •什么是声阻抗，与那些因素有关？3•简述A型超声波诊断仪的基本原理。