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超聲波和超聲波測厚儀的工作原理

2023-11-17 [1059]

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)聲的頻率高到超過人耳聽覺的頻率極限(根據(jù)大量調(diào)查,取整數(shù)20000赫)時,
     人們就覺察不出聲的存在,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,入射角等于反射角,當(dāng)射線透過一種物質(zhì)進(jìn)入另一種密度不同的物質(zhì)時就會產(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,隨著傳播距離的增加,強(qiáng)度會漸進(jìn)減弱,這是因?yàn)槲镔|(zhì)要吸收掉它的能量。
     對于同一物質(zhì),聲波的頻率越高,吸收越強(qiáng)。
     對于一個頻率一定的聲波,在氣體中傳播時吸收*歷害,在液體中傳播時吸收比較弱,在固體中傳播時吸收*小。

超聲波的能量傳遞特性
     超聲波所以往各個工業(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,由于聲波的作用使物質(zhì)中的分子也跟著振動,振動的頻率和聲波頻率—樣,分子振動的頻率決定了分子振動的速度。頻率愈高速度愈大。物資分子由于振動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,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,由于聲波振動使物質(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)水中通過一般強(qiáng)度的超聲波時,產(chǎn)生的附加壓力可以達(dá)到好幾個大氣壓力。液體中存起著如此巨大的聲壓作用,就 會引起值得注意的現(xiàn)象。當(dāng)超聲波振動使液體分子壓縮時,好象分子受到來直四面八方的壓力;當(dāng)超聲波振動使液體分子稀疏時,好象受到向外散開的拉力,對于液體,它們比較受得住附加壓力的作用,所以在受到壓縮力的時候;不大會產(chǎn)生反常情形。但是在拉力的作用下,液體就會支持不了,在拉力集中的  地方,液體就會斷裂開來,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,液體中會產(chǎn)生許多氣泡狀的小空腔,這種空泡存在的時間很短,一瞬時就會閉合起來??涨婚]合的時候會 產(chǎn)生很大的瞬時壓力,一般可以達(dá)到幾千甚至幾萬個大氣壓力。液體在這種強(qiáng)大的瞬時壓力作用下,溫度會驟然增高。 斷裂作用所引起的互大瞬時壓力,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)用場合是主要的考慮因素。
     2. 頻率高時,相應(yīng)地波長將變短,因而波長可與傳播超聲波的試樣材料的尺寸相比擬,甚至波長可遠(yuǎn)小于試樣材料的尺寸.這在厚度尺寸很小的測量應(yīng)用中以及在高分辨率的探傷應(yīng)用中是非常重要的。
     3. 超聲波用起來很安靜,人們聽不到它。這一點(diǎn)在高強(qiáng)度工作場合尤為重要。這些高強(qiáng)度的工作用可聞頻率的聲波來完成時往往更有效,然而遺憾的是,可聞聲波工作時所產(chǎn)生的噪聲令人難以忍受,有時甚至是對人體有害的。


     超聲波測厚儀是根據(jù)超聲波脈沖反射原理來進(jìn)行厚度測量的,當(dāng)探頭發(fā)射的超聲波脈沖通過被測物體到達(dá)材料分界面時,脈沖被反射回探頭通過精確測量超聲波在材料中傳播的時間來確定被測材料的厚度。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量。


超聲波測厚儀是采用高性能、低功耗微處理器技術(shù),基于超聲波測量原理,可以測量金屬及其它多種材料的厚度,并可以對材料的聲速進(jìn)行測量。可以對生產(chǎn)設(shè)備中各種管道和壓力容器進(jìn)行厚度測量,監(jiān)測它們在使用過程中受腐蝕后的減薄程度,也可以對各種板材和各種加工零件作精確測量  。
超聲波測厚儀主要有主機(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,通過單片機(jī)計數(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試樣的時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)測量金屬,非金屬材料的厚度,既快又準(zhǔn)確,無污染,尤其是在只許可一個側(cè)面可按觸的場合,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、超聲波物位計、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)得到越來越廣泛的應(yīng)用。



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