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超声波和超声波测厚仪的工作原理

2023-11-17 [389]

超声
     ultrasonic(ultrasound)
     声音是与人类生活紧密相联的一种自然现象。当声的频率高到超过人耳听觉的频率极限(根据大量调查,取整数20000赫)时,
     人们就觉察不出声的存在,因而称这种高频率的声为“超"声。

超声波的特点
     束射特性
     由于超声波的波长短,超声波射线可以和光线一样,能够反射、折射,也能聚焦,而且.遵守几何光学上的定律。即超声波射线从一种物质表面反射时,入射角等于反射角,当射线透过一种物质进入另一种密度不同的物质时就会产生折射,也就是要改变它的传插方向,两种物质的密度差别愈大,则折射也愈大。
     吸收特性
     声波在各种物质中传播时,随着传播距离的增加,强度会渐进减弱,这是因为物质要吸收掉它的能量。
     对于同一物质,声波的频率越高,吸收越强。
     对于一个频率一定的声波,在气体中传播时吸收*历害,在液体中传播时吸收比较弱,在固体中传播时吸收*小。

超声波的能量传递特性
     超声波所以往各个工业部门中有广泛的应用,主要之点 还在于比声波具有强大得多的功率。为什么有强大的功率呢?因为当声波到达某一物资中时,由于声波的作用使物质中的分子也跟着振动,振动的频率和声波频率—样,分子振动的频率决定了分子振动的速度。频率愈高速度愈大。物资分子由于振动所获得的能量除了与分子的质量有关外,是由分子的振动速度的平方决定的,所以如果声波的频率愈高,也就是物质分子愈能得到更高的能量、超声波的频率比声波可以高很多,所以它可以使物资分子获得很大的能量;换句话说,超声波本身可以供给物质足够大的功率。

超声波的声压特性
     当声波通入某物体时,由于声波振动使物质分子产生压缩和稀疏的作用,将使物质所受的压力产生变化。由于声波振动引起附加压力现象叫声压作用。
     由于超声波所具有的能量很大,就有可能使物质分子产生显诸的声压作用、例如当水中通过一般强度的超声波时,产生的附加压力可以达到好几个大气压力。液体中存起着如此巨大的声压作用,就 会引起值得注意的现象。当超声波振动使液体分子压缩时,好象分子受到来直四面八方的压力;当超声波振动使液体分子稀疏时,好象受到向外散开的拉力,对于液体,它们比较受得住附加压力的作用,所以在受到压缩力的时候;不大会产生反常情形。但是在拉力的作用下,液体就会支持不了,在拉力集中的  地方,液体就会断裂开来,这种断裂作用特别容易发生在液体中存在杂质或气泡的地方,因为这些地方液体的强度特别低,也就特别经受不起几倍于大气压力的拉力作用。由于发生断裂的结果,液体中会产生许多气泡状的小空腔,这种空泡存在的时间很短,一瞬时就会闭合起来。空腔闭合的时候会 产生很大的瞬时压力,一般可以达到几千甚至几万个大气压力。液体在这种强大的瞬时压力作用下,温度会骤然增高。 断裂作用所引起的互大瞬时压力,可以使浮悬在液体中 的固体表面受到急剧破坏。我们常称之为空化现象。

超声波的应用具有以下的特点:
     1. 超声波具有较好的指向性——频率越高,指向性越强。这在诸如探伤和水下声通讯等应用场合是主要的考虑因素。
     2. 频率高时,相应地波长将变短,因而波长可与传播超声波的试样材料的尺寸相比拟,甚至波长可远小于试样材料的尺寸.这在厚度尺寸很小的测量应用中以及在高分辨率的探伤应用中是非常重要的。
     3. 超声波用起来很安静,人们听不到它。这一点在高强度工作场合尤为重要。这些高强度的工作用可闻频率的声波来完成时往往更有效,然而遗憾的是,可闻声波工作时所产生的噪声令人难以忍受,有时甚至是对人体有害的。


     超声波测厚仪是根据超声波脉冲反射原理来进行厚度测量的,当探头发射的超声波脉冲通过被测物体到达材料分界面时,脉冲被反射回探头通过精确测量超声波在材料中传播的时间来确定被测材料的厚度。凡能使超声波以一恒定速度在其内部传播的各种材料均可采用此原理测量。


超声波测厚仪是采用高性能、低功耗微处理器技术,基于超声波测量原理,可以测量金属及其它多种材料的厚度,并可以对材料的声速进行测量。可以对生产设备中各种管道和压力容器进行厚度测量,监测它们在使用过程中受腐蚀后的减薄程度,也可以对各种板材和各种加工零件作精确测量  。
超声波测厚仪主要有主机和探头两部分组成。主机电路包括发射电路、接收电路、计数显示电路三部分,由发射电路产生的高压冲击波激励探头,产生超声发射脉冲波,脉冲波经介质介面反射后被接收电路接收,通过单片机计数处理后,经液晶显示器显示厚度数值,它主要根据声波在试样中的传播速度乘以通过试样的时间的一半而得到试样的厚度。



由于超声波处理方便,并有良好的指向性,超声技术测量金属,非金属材料的厚度,既快又准确,无污染,尤其是在只许可一个侧面可按触的场合,更能显示其优越性,广泛用于各种板材、管材壁厚、锅炉容器壁厚及其局部腐蚀、锈蚀的情况,因此对冶金、造船、机械、化工、电力、原子能等各工业部门的产品检验,对设备安全运行及现代化管理起着主要的作用。
超声清洗与超声波测厚仪仅是超声技术应用的一部分,还有很多领域都可以应用到超声技术。比如超声波雾化、超声波焊接、超声波钻孔、超声波研磨、超声波液位计、超声波物位计、超声波抛光、超声波清洗机、超声马达等等。超声波技术将在各行各业得到越来越广泛的应用。



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