超声波的产生与传播.docx

超声波的产生与传播超声波的产生与传播能够产生超声波的方法很多，常用的有压电效应方法、磁致伸缩效应方法、 静电效应方法和电磁效应方法等.我们把能够实现超声能量与其他形式能量相互 转换的器件称为超声波换能器一般情况下，超声波换能器既能用于发射又能 用于接收.在本实验中，采用压电效应实现超声波信号与电信号的转换，即压电换能 器，它是利用压电材料的压电效应实现超声波的发射和接收压电效应某些固体物质，在压力（或拉力）的作用下产生变形，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物质的压电效应与其内部的结构有关下图显示了石英晶体晶格原子在拉 力变化下晶格的变化情况石英晶体晶格原子在拉力变化下晶格的变化脉冲超声波的产生及其特点当给压电晶片两极施加一个电压短脉冲时，由于逆压电效应，晶片将发生 弹性形变而产生弹性振荡振荡频率与晶片的厚度和声速有关，适当选择晶片的 厚度可以得到超声频率范围的弹性波，即超声波此种方式发射出的是一个超声 波波包，通常称为脉冲波脉冲波产生原理超声波在介质中传播的波形超声波在介质中传播的波形取决于介质可以承受何种作用力以及如何对介质激发超声波通常有如下三种：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的传播方向相垂直时，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，还能承受切变变形，因此， 当其有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表面的横波合成，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衰减，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定位原理利用超声波进行探测的另一个原因是超声探头发射的能量具有较强的指向性指向性是指超声波探头发射声束扩散角的大小扩散角越小，则指向性越 好，对目标定位的准确性越高在固体材料的尺寸测量、无损检测、超声诊断、 潜艇导航等超声应用中，都利用了超声波的这一特点。