時(shí)代儀器小編在這里主要為大家闡述了超聲波的速度特性及應(yīng)用，希望能夠?qū)Υ蠹矣兴鶐椭?。同一波型的超聲波在不同材料中有不同的傳播速度，而在同一材料中，不同波型的超聲波也有不同的傳播速度。?dāng)材料的成分、顯微組織、密度、內(nèi)含物比例、濃度、聚合物轉(zhuǎn)化率、強(qiáng)度、溫度、濕度、壓強(qiáng)(應(yīng)力)、流速等等存在差異或發(fā)生變化時(shí)，其聲速也將出現(xiàn)差異。

利用專門的聲速測(cè)定儀或利用普通的超聲脈沖反射型探傷儀或測(cè)厚儀，將未知聲速的材料與已知聲速的標(biāo)準(zhǔn)試樣比較，從而可以測(cè)出材料的聲速或者聲速變化，可以應(yīng)用于：

(1)材料物理常數(shù)的測(cè)定，如：
根據(jù)物理學(xué)中的關(guān)系式，一般有：聲速C=(E/ρ)1/2，式中的ρ為材料密度，E為材料的彈性模量。由于聲速受材質(zhì)的各向異性、形狀及界面的影響，并且根據(jù)超聲波的振動(dòng)形式不同而要分別采用各自的彈性模量，因此：

在氣體和液體中的縱波速度(氣體和液體中只能存在縱波)有：CL=(K/ρ0)1/2，式中的K為材料的容變彈性模量(體積彈性模量)，ρ0為無(wú)聲波存在時(shí)介質(zhì)的原靜止密度。

在固體中：

直徑小于超聲波波長(zhǎng)的細(xì)棒中軸向傳播的超聲縱波速度有：Cl=(E/ρ)1/2，式中的E為材料的楊氏彈性模量，ρ為材料密度；

直徑大于超聲波波長(zhǎng)的粗棒中軸向傳播的超聲縱波速度有：CL={[K+(4/3)G]/ρ}1/2={[E(1-σ)]/ρ(1+σ)(1-2σ)}1/2；

式中的K為材料的容變彈性模量(體積彈性模量)，G為材料的切變彈性模量，σ為材料的泊松比(材料在力的方向上出現(xiàn)縱向應(yīng)變的同時(shí)，在垂直方向上也會(huì)產(chǎn)生橫向應(yīng)變，它們之間的比率稱為泊松比，這是材料的物理特性之一)。

橫波聲速有：Cs=(G/ρ)1/2={E/[ρ·2(1+σ)]}1/2；

瑞利波聲速有：CR=[(0.87+1.12σ)/(1+σ)]·(G/ρ)1/2；

它們之間的相互關(guān)系有：

Cl/CL=[(1+σ)(1-2σ)/(1-σ)]1/2;Cs/CL={(1-2σ)/[2(1-σ)]}1/2;CR/Cs=(0.87+1.12σ)/(1+σ)；

E=Cl2·ρ·[(1+σ)(1-2σ)/(1-σ)];G=Cs2·ρ;E=2G(1+σ)...等等

利用這些關(guān)系式，在測(cè)定了聲速并已知另一參數(shù)時(shí)，即可計(jì)算得到其他的參數(shù)。

(2)測(cè)量溫度：介質(zhì)中的聲速與介質(zhì)的溫度相關(guān)，利用這一特性可以用于非接觸測(cè)量介質(zhì)溫度，還可進(jìn)一步用于指示介質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)以及相變，測(cè)量介質(zhì)的比熱、熔解熱、反應(yīng)熱和燃燒熱，測(cè)量介質(zhì)的純度和分子量等等。

(3)測(cè)量流量：超聲波在流動(dòng)介質(zhì)中傳播時(shí)(例如氣體、液體或含有一定比例固體顆粒的流體傳送管道，或者水渠等)，相對(duì)于固定坐標(biāo)系統(tǒng)，其傳播速度與靜態(tài)條件下的速度不同而與介質(zhì)的流速有關(guān)，因而可以根據(jù)聲速的變化確定流速并進(jìn)一步確定流量(流通著的流體橫截面積x流速)。

(4)測(cè)量液體的粘度η：根據(jù)切變聲阻抗Z與(η·ρ)1/2(η為液體的粘度，ρ為液體的密度)存在正比關(guān)系，而聲阻抗Z=ρ·C，因此通過(guò)測(cè)量聲速并確定了液體的密度后，即可確定液體的密度。

(5)應(yīng)力測(cè)量：超聲波在材料中的傳播速度隨外加應(yīng)力有近似線性的變化(稱為超聲應(yīng)力效應(yīng))，因此可以利用來(lái)測(cè)量混凝土預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的強(qiáng)度、金屬的強(qiáng)度和殘余應(yīng)力、緊固件(例如緊固螺栓)上的拉伸應(yīng)力等等。

(6)硬度測(cè)量：利用瑞利波在金屬表面淬硬層中的速度變化特性，可以確定金屬表面的硬度或者硬化層的深度。

(7)測(cè)定金屬表面裂紋的深度：利用瑞利波沿金屬表面直接傳遞和存在表面裂紋時(shí)瑞利波繞過(guò)裂紋傳遞的時(shí)間之間存在的差異，根據(jù)瑞利波的傳播速度，可以計(jì)算得出裂紋的深度。這種方法稱作時(shí)間延遲法或渡越時(shí)間法、△t法。

(8)測(cè)量厚度：根據(jù)超聲波傳播距離X與聲速C、傳遞時(shí)間t的關(guān)系：X=C·t，例如在采用超聲脈沖反射法測(cè)厚時(shí)，就有：工件厚度d=C·t/2，這里使用分母2的原因是超聲探頭發(fā)射超聲脈沖至工件底面并反射返回探頭被接收，因此其聲路經(jīng)過(guò)了兩倍的工件厚度。

利用超聲波的速度特性，還可應(yīng)用于例如球墨鑄鐵的強(qiáng)度及石墨球化度的測(cè)量、確定陶瓷土坯的濕度以確定進(jìn)窯焙燒的時(shí)機(jī)、氣體介質(zhì)的特性分析(例如工業(yè)用氧氣及氮?dú)獾募兌取?dòng)物呼吸的新陳代謝速率、氣體中某一組分的含量變化等)，以及測(cè)量石油餾分的密度、氯丁橡膠乳、表面裂紋深度液的密度等等。總之，超聲速度特性的應(yīng)用，特別是在工業(yè)測(cè)量技術(shù)中的應(yīng)用是很多的。

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