超声波检测的物理基础 超声波检测技术的基本概念 §1-1-1 超声波的性质与声场特征量 §1-1-1-1 超声波的性质 人耳能感受到的机械振动波称为声波，其频率范围为 16Hz~2KHz。当声波的频率低于 20Hz 时，人耳不能感受到，这种机械振动波称为次声波。频率高于 2KHz 时，人耳也不能感受到，这种机械振动波则称为超声波。一般把频率在 2KHz 到 25MHz 范围的声波叫做超声波。 超声波是由机械振动源在弹性介质中激发的一种机械振动波，其实质是以应力波的形式传递振动能量，其必要条件是要有振动源和能传递机械振动的弹性介质（实际上包括了几乎所有的气体、液体和固体），它能透入物体内部并可以在物体中传播。机械振动与电磁波有实质性的不同，电磁波是以光速在空间传播的交变电磁场，因此电磁波可以在真空中传播，而机械振动波则不能，因为没有弹性介质的存在。 超声波具有如下特性： 1）超声波具有波长短、沿直线传播（在许多场合可应用几何声学关系进行分析研究）、指向性好，可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播。 2）超声波可传递很强的能量，穿透力强。 3）超声波在介质中的传播特性包括反射与折射、衍射与散射、衰减、声速、干涉、叠加和共振等多种变化，并且其振动模式可以改变（波型转换）。 4）超声波在液体介质中传播时，达到一定程度的声功率就可在液体中的物体界面上产生强烈的冲击，即“空化现象”。 §1-1-1-2 超声波声场的特征量 介质中有超声波存在的区域叫做超声场，涉及的特征量有声压、声强与声特性阻抗（简称声阻抗）。 声压：有声波传播时，介质中质点承受的压强将超过无声波时的静态压强，声压就是在有声波传播的介质中，某一介质质点在交变振动的某一瞬间所具有的压强与没有声波存在时该点的静压强之差（附加压强），常用字母P代表。 声强：声强是在声场中某点上一个垂直于声波传播方向上的介质单位面积在单位时间内通过的平均声能量，即声波的能流密度，常用字母I代表。在自由平面波或球面波的情况时，设有效声压为P，传播速度为c，介质密度为ρ0，则在传播方向的声波的声强为：I=P2/ρ0·c。 声特性阻抗（简称声阻抗）：在超声波检测中，为了便于表征介质的声学特性，把介质的密度与声速的乘积称为介质的声特性阻抗（简称声阻抗），常用字母Z 代表，即Z=ρ·c，式中ρ为介质密度，c 为介质中的声速。Z 越大，质点振动速度越小，反之则质点振动速度越大。 在超声检测中，常把两个声强...
