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超声实验实验报告.docx


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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


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













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

216

166

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

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