1、實驗一、超聲波的產(chǎn)生與傳播實驗方案直探頭延遲的測量參照附錄A連接JDUT-2型超聲波實驗儀和示波器。超聲波實驗儀接上直探頭，并把探頭放在CSK-LB試塊的正面，儀器的射頻輸出與示波器第1通道相連，觸發(fā)與示波器外觸發(fā)相連，示波器采用外觸發(fā)方式，適當(dāng)設(shè)置超聲波實驗儀衰減器的數(shù)值和示波器的電壓范闈與時間范圍，使示波器上看到的波形如圖1.7所示。在圖L7中，S稱為始波，to對應(yīng)于發(fā)射超聲波的初始時刻；Bi稱為圖1.7直探頭延遲的測呈試塊的1次底面回波，h對應(yīng)于超聲波傳播到試塊底面，并被發(fā)射回來后，被超聲波探頭接收到的時刻，因此h對應(yīng)于超聲波在試塊內(nèi)往復(fù)傳播的時間：B,稱為試塊的2次底面回波,它對應(yīng)于超

2、聲波在試塊內(nèi)往復(fù)傳播到試塊的上表面后，部分超聲波被上表面反射，并被試塊底面再次反射，即在試塊內(nèi)部往復(fù)傳播兩次后被接收到的超聲波。依次類推，有3次、4次和多次底面反射回波。從示波器上讀出傳播h和t?,則直探頭的延遲為(16)脈沖波頻率和波長的測量調(diào)節(jié)示波器時間范闈，使試塊的1次底面回波出現(xiàn)在示波屏的中央，脈沖波的振幅小于IV。測屋兩個振動波峰之間的時間間隔，則得到一個脈沖周期的振動時間t,則脈沖波的頻率為fM/t；已知鋁試塊的縱波聲速為6.32imn/us,則脈沖波在鋁試塊中的波長為l=6.32to波型轉(zhuǎn)換的觀察與測量把超聲波實驗儀換上可變角探頭，參照圖1.8把探頭放在試塊上，并使探頭靠近試塊背

3、面，使探頭的斜射聲束只打在出圓弧面上。適當(dāng)設(shè)置超聲波實驗儀衰減器的數(shù)值和示波器的電壓范鬧&AB0nc1圖1.8觀察波型轉(zhuǎn)換現(xiàn)象與時間范圍。改變探頭的入射角，并在改變的過程中適當(dāng)移動探頭的位置，使每一個入射角對應(yīng)的R2圓弧面的反射回波最人。則在探頭入射角由小變?nèi)说倪^程中，我們可以先后觀察到回波Bi、B?和B3;它們分別對應(yīng)于縱波反射回波、橫波反射回波和表面波反射回波。圖1.9橫波和縱波的測雖讓探頭靠近試塊背面，通過調(diào)節(jié)入射角調(diào)，使能夠同時觀測到回波B和B?（如圖1.9）,且它們的幅度基本相等；再讓探頭逐步靠近試塊正面，則又會在Bi前面觀測到一個回波b,參照附錄B給出鋁試塊的縱波聲速與橫波聲速，通

4、過簡單測量和計算，可以確定b、Bi和坯對應(yīng)的波型和反射面。折射角的測量確定B】、B?的波型后，可以分別測量縱波和橫波的折射角。參照圖1.10首先讓把探頭的縱波聲束對正（回波幅度最大時為正對位置）CSK-IB試塊上的橫孔A,用鋼板尺測量正對時探頭的前沿到試塊右邊沿的距離Lai；然后向左移動探頭，再讓縱波聲束對正橫孔B,并測量距離Lbio測量A和B的水平距離L和垂直距離H,則探頭的折射角為：人=2（4_一七（1.7）H同樣的方法町以測屋橫波的折射角卩2。實驗內(nèi)容及要求測量直探頭的延遲利用CSK-LB試塊60亳米的厚度進(jìn)行測量。多次測量，求平均值。測量脈沖超聲波頻率和波長利用CSK-LB試塊40亳米

5、厚度的1次回波進(jìn)行測量;測量脈沖波4個振動周期的時間t,求其頻率和波長。多次測量，求平均值。波形轉(zhuǎn)換的觀察和測量通過簡單計算和測量，分析確定圖19中bl、B1和B2對應(yīng)的波型和反射面。驗證斯特令定律（選做）利用CSK-IA鋼試塊，測量可變角探頭在同一入射角卞的縱波折射角和橫波折射角。鋼中縱波聲速與橫波聲速，驗證斯特令定律折射定律。已知可變角探頭中有機玻璃縱波聲速為2.73nmrs,試計算可變角探頭的入射角數(shù)值。分析與思考激發(fā)脈沖超聲波的電脈沖一般是一個上升沿小于20納秒的很尖很窄的脈沖。而從超聲脈沖波的波形看，其幅度是由小變?nèi)缓笥钟纱笞冃?，而不是直接從人變??；并且振動可以持續(xù)110微秒；為

6、什么？通過計算說明，當(dāng)可變角探頭逐步靠近試塊正面時，為什么橫波在R1圓弧面的反射回波能夠與B1重合？實驗二、固體彈性常數(shù)的測量實驗方案聲速的直接測量方法根據(jù)公式（2.1）,當(dāng)利用確定反射體（界面或人工反射體）測量聲速時，我們只需要測量該反射體的回波時間，就可以計算得到聲速。而對于單個的反射體，得到的反射波如圖2.1所示。能夠直接測量的時間包含了超聲波在探頭內(nèi)部的傳播時間如即探頭的延遲。對于任何一種探頭，其延遲只與探頭本身有關(guān)，而與被測的材料無關(guān)。因此，首先需要測量探頭的延遲，然后才能利用該探頭直接測量反射體回波時間。反射體圖2.1縱波延遲測就（1）直探頭延遲測量（參看實驗一）。（2）斜探頭延遲

7、測量參照圖2.2把斜探頭放在試塊上，并使探頭靠近試塊正面，使探頭的斜射聲束能夠同時入射在R1和R2圓弧面上。適當(dāng)設(shè)置超聲波實驗儀衰減器的數(shù)值和示波器的電壓范I韋1與時間范圍。在示波器上同時觀測到兩個弧面的回波B和B-測量它們對應(yīng)的時間&和t2o由于&=2出，因此斜探頭的延遲為：t=2t】t2（2.7）（3）斜探頭入射點測量（選做）在確定斜探頭的傳播距離時，通常還要知道斜探頭的入射點，即聲束與被測試塊表面的相交點，用探頭前沿到該點的距離表示，又稱前沿距離。參照圖2.2把斜探頭放在試塊上，并使探頭靠近試塊正面，使探頭的斜射聲束入射在R?圓弧面上，左右移動探頭，使回波幅度最人（聲束通過弧面的圓心）。

8、這時，用鋼板尺測量探頭前沿到試塊左端的距離L,則前沿距離為：(2-8)l0=R2-lLu|圖2.2斜探頭延遲和入射點測呈聲速的相對測量方法如果被測試塊有兩個確定的反射體，那么通過測量兩個反射體回波對應(yīng)的時間差，再計算出試塊的聲速。這種方法稱為聲速的相對測量方法。對于直探頭，可以利用均勻厚度底面的多次反射回波中的任意兩個回波進(jìn)行測量。對于斜探頭，則利用CSK-IB試塊的兩個圓弧面的回波進(jìn)行測量。實驗內(nèi)容與要求測量直探頭和斜探頭的延遲利用CSK-LB試塊60亳米厚度，采用相對測量方法測量直探頭延遲；多次測量，求平均值。利用Rl、R2圓弧面，采用相對測量方法測量斜探頭延遲；多次測量，求平均值。利用直

9、探頭測量鋁試塊的縱波聲速分別利用直接法和相對法測量。多次測量，求平均值。利用斜探頭測量鋁試塊的橫波聲速分別利用直接法和相對法測量。多次測量，求平均值。計算鋁試塊的楊氏模量和泊松系數(shù)與理論值比較，分析誤差產(chǎn)生原因。分析與思考為什么利用斜探頭入射到圓弧面上后，只看到橫波而沒有縱波？利用CSK-IB試塊怎樣測量表面波探頭的延遲？能否用測量斜探頭入射點的方法測量表面波探頭的入射點？為什么？利用CSK-LB試塊的橫孔A和橫孔B試塊怎樣測量斜探頭的延遲和入射點？利用鋁試塊測量得到斜探頭的延遲和入射點與在鋼試塊測量同一探頭的延遲和入射點，結(jié)果是否一樣？為什么？實驗三、超聲波探測實驗方案1.聲束擴散角的測量如

10、圖33所示，利用直探頭分別找到B1通孔對應(yīng)的回波，移動探頭使回波幅度最人,并記錄該點的位置X。及對應(yīng)回波的幅度；然后向左邊移動探頭使回波幅度減小到最人振幅的一半，并記錄該點的位置X】：同樣的方法記錄下探頭右移時回波幅度下降到最人振幅一半對應(yīng)點的位置X2；則直探頭擴散角為：(3.2)對于斜探頭，首先必須測量出探頭的折射角p，然后利用測量直探頭同樣的方法，按卞式計算斜探頭的擴散角近似為：0=2tg-1|X：X1cos20(3.3)2L2.直探頭探測缺陷深度在超聲波探測中，可以利用直探頭來探測較厚工件內(nèi)部缺陷的位置和當(dāng)量人小。把探頭按圖34位置放置，觀察其波形。其中底波是工件底面的反射回波。rrpB

11、i曾.ml帶節(jié)J!瘵11圖3.4直探頭探測缺陷深度對底面回波和缺陷波對應(yīng)時間（深度）的測量，可以采用絕對測量方法，也可以釆用相對測量方法。利用絕對測量方法時，必須首先測量（或已知）探頭的延遲和被測材料的聲速，具體方法請參看實驗二直探頭延遲和聲速的絕對測量方法。利用相對測量方法時，必須有與被測材料同材質(zhì)試塊，并已知該試塊的厚度，具體方法請參看實驗二直探頭延遲和聲速的相對測量方法。斜探頭測量缺陷的深度和水平距離利用斜探頭進(jìn)行探測時，如果測量得到超聲波在材料中傳播的距離為S,則其深度H和水平距離L為：H=Stan（/7）（3.4）L=Sctan(Z?)(3.5)其中卩是斜探頭在被測材料中的折射角。要

12、實現(xiàn)對缺陷進(jìn)行定位，除了必須測量（或已知）探頭的延遲、入射點外，還必須測量（或已知）探頭在該材質(zhì)中的折射角和聲速。通常我們利用與被測材料同材質(zhì)的試塊中兩個不同深度的橫孔對斜探頭的延遲、入射點、折射角和聲速進(jìn)行測量。參看圖3.5,A、B為試塊中的兩個橫孔，讓斜探頭先后對正A和B,測量得到它們的回波時間tA、tB,探頭前沿到橫孔的水平距離分別為xA、xB,已知它們的深度為HA、HB.則有：圖3.5斜探頭參數(shù)測戢(3.6)S=XB-XA折射角：聲速：延遲：前沿距離:h=hb-ha0=加(害)Hc=(tB-tA)cos()HbCCOS(y)(3-7)(38)(3-9)(3-10)(3-11)實驗內(nèi)容及要求測量直探頭的擴散角利用CSK-LB試塊橫孔A和B進(jìn)行測量，畫出聲束圖形。探測CSK-IB試塊中缺陷C的深度利用直探頭，采用絕對測量方法測量