76367

Акустические методы НК

Лекция

Физика

Природа и свойства ультразвуковых колебаний. Распространение упругих колебаний в сплошной среде представляет собой волнообразный процесс. Диапазоны упругих колебаний в материальных средах Физическая природа упругих колебаний одинакова во всем диапазоне частот. Свойства упругих колебаний...

Русский

2015-01-30

277.5 KB

0 чел.

Лекция 8  Акустические методы НК

   План лекции. Общие понятия: упругие материалы, линейные, однородные, изотропные и анизатропные среды. Продольные, поперечные (сдвиговые) волны и их физические характеристики: скорость, частота, длина, волновое число. Ультразвуковой диапазон волн, акустическое сопротивление контролируемых сред.

 Природа и свойства ультразвуковых колебаний.  Если в сплошной среде – газах, жидкостях или твердых телах частицы среды окажутся выведенными из положения равновесия, то упругие силы, действующие на них со стороны других частиц, будут возвращать их в положение равновесия. При этом частицы будет совершать колебательное движение. Распространение упругих колебаний в сплошной среде представляет собой волнообразный процесс.
        Колебания с частотой от единиц Гц до 20 Гц называются 
инфразвуковыми, при частоте от 20 Гц до 16…20 кГц колебания создают слышимые звуки. Ультразвуковые колебания  соответствуют частотам от 16…20 кГц до 108 Гц, а колебания с частотой более 108 Гц получили название гиперзвуков. На рис.8.1 показана логарифмическая шкала частот, выполненная на основе выражения lg2f = 1, 2, 3 …, n, где 1, 2, 3 …, n – номера октав.

Рисунок 8.1 - Диапазоны упругих колебаний в материальных средах

         Физическая природа упругих колебаний одинакова во всем диапазоне частот. Свойства упругих колебаний .
             
Форма волны - это форма волнового фронта, т.е. совокупности точек, обладающих одинаковой фазой.  Звуковые волны подразделяются по типу волн: они могут быть продольными, поперечными, изгибными, крутильными – в зависимости от условий возбуждения и распространения.

       В жидкостях и газах распространяются только продольные волны, в твердых телах могут возникать также поперечные и другие из перечисленных типов волн. В продольной волне направление колебаний частиц совпадает с направлением распространения волны (Рис. 8.2, а), скорость продольной волны

где –Е – модуль Юнга;      ρ – плотность среды.

поперечная волна распространяется перпендикулярно направлению колебаний частиц (Рис.8.2, б), скорость поперечной волны

где –G – модуль сдвига;      ρ – плотность среды.

                

                                            а)                                                                  б)

Рисунок 8.2 – Движение частиц при распространении волны. -

а) - движение частиц среды при распространении продольной волны;

б) - движение частиц среды при распространении поперечной волны.

Продольными называются волны когда направление колебаний, частиц среды совпадают с направлением акустических волн и в среде возникают упругие деформации сжатия.

           Любая волна, как колебание, распространяющееся во времени и в пространстве, может быть охарактеризована частотойдлиной волны и амплитудой (Рис. 8.3).  При этом длина волны λ связана с частотой f через скорость распространения волны в данном материале c: 

                                                             λ = c/f.

      Частота – это количество колебаний, совершаемых системой в единицу времени; длина волны  – это расстояние, которое проходит волна за время равное периоду колебаний T (T = 1/f ), т. е. за время, затраченное на одно колебание; амплитуда колебаний – это максимальное отклонение колебательной системы от положения равновесия.
      

Рисунок 8.3 - Характеристики колебательного процесса

    
   
Длина волны λ — это расстояние, которое проходит волна, пока частица среды совершает одно колебательное движение. Расстояние между соседними максимумами или минимумами возмущения считают длиной волны.
   
Амплитуда колебаний А - представляет собой максимальное смещение частицы из положения равновесия во время ее колебательного движения, вызванного возбуждением частиц среды.
  
Частота колебаний f — это число колебаний, совершаемых частицей среды за одну секунду. Для звуковых волн, генерируемых средой, характерен непрерывный ряд или диапазон частот. Самая низкая частота волны называется основной или собственной, а остальные являются гармониками или обертонами. Частота второй гармоники в два раза превышает собственную частоту системы. Аналогично частота третьей гармоники превышает ее в три раза и т.д.
    
Период колебаний Т - это время, необходимое частице для совершения одного колебатель-ного движения. По определению время, за которое волна производит f колебаний, равно 1 секунде.
      
Колебание – это возвратно-поступательное движение из одного крайнего положения в другое и обратно через положение равновесия.
     
Фаза колебаний φ — это отношение смещения колеблющейся частицы в данный момент времени к его амплитудному значению. Если точки колебательного процесса находятся в одной фазе (их разность фаз составляет 2π), то расстояние между этими двумя точками равно одной длине волны λ.
     
Скорость распространения колебаний С — это расстояние, пройденное волной за одну сек.

Особенности ультразвуковых колебаний.

1. Обычно границей начала ультразвукового диапазона частот принято считать 16...20 кГц. На практике используются УЗ колебания по верхней границе  с частотой до 25 мГц.  Колебания таких высоких частот могут распространяться только в кристаллах.

2. УЗ колебания может распространяться в любых материальных средах (в прозрачных и непрозрачных средах, проводниках и диэлектриках и т.п.), что позволяет использовать их для исследования и воздействия на полимеры, металлы, жидкости, газы и др.

3.  Мощность ультразвуковых колебаний, распространяемых в средах, пропорциональна квадрату частоты, и поэтому, в отличие от мощности звуковых колебаний - очень велика. Мощность ультразвуковых колебаний может достигать сотен киловатт, а интенсивность (энергия, распространяемая через единицу площади в единицу времени) - 1...1000 Вт/см2. При таких интенсивностях ультразвукового воздействия внутри материальных тел может распространяться очень большая энергия механических колебаний. В ходе распространения волны (в колебательном процессе) возникают перепады звукового давления, превышающие десятки мПа. Кроме того, это давление меняет свой знак, переходя в разряжение с частотой большей 20 тысяч раз в секунду.
      Возможность ввода огромных энергий позволяет повышать эффективность множества различных технологических процессов, создавать новые материалы, получать новые вещества, решать многие вопросы технологического контроля и измерений. Эти свойства положены в основу применения УЗ контроля.

4.  Важнейшей акустической характеристикой среды является упругое волновое сопротивление – акустический импеданс, Z:

                                                    

5. Скорость распространения звуковой волны в различных средах, табл. 8.1   

Таблица 8.1. – Скорость звука в различных средах

6. Для звуковых волн выполняются законы отражения и преломления, распространения аналогичные законам отражения и преломления света

   

PAGE  4


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

17290. КУРС ВИЩОЇ МАТЕМАТИКИ. Диференціальне числення функції однієї змінної 2.83 MB
  Курс вищої математики. Частина 2. КУРС ВИЩОЇ МАТЕМАТИКИ ЧАСТИНА 2 2005 Диференціальне числення функції однієї змінної. Похідна функції її геометричний і фізичний зміст. Визначення. Похідної функції fx у точці х = х0 називається границя ...
17291. Основні поняття інформаційної безпеки 60.5 KB
  Лекція 1. Основні поняття інформаційної безпеки Під інформаційною безпекою розуміють стан захищеності оброблюваних даних та даних що зберігаються та передаються від незаконного ознайомлення перетворення і знищення а також стан захищеності інформаційних ресурсів
17292. Ідентифікація та автентифікація 136.5 KB
  Лекція 2. Ідентифікація та автентифікація Основні поняття і класифікація Застосування при міжмережевій взаємодії відкритих каналів передачі даних створює потенційну загрозу проникнення зловмисників порушників. Якщо пасивний порушник має нагоду тільки проглядати
17293. Моделі загроз та порушників безпеки 127.5 KB
  Лекція 3. Моделі загроз та порушників безпеки Поняття загрози інформації Безпечна або захищена система це система із засобами захисту які успішно і ефективно протистоять визначеним загрозам безпеки. Виходячи із цього першим кроком в побудові захищеної системи є ід
17294. Політика безпеки 103.5 KB
  Лекція 4. Політика безпеки Поняття політики безпеки Фундаментальним поняттям захисту інформації є політика безпеки ПБ або політика захисту. Важливість цього поняття важко переоцінити існують ситуації коли правильно сформульована політика є чи не єдиним механізм
17295. Вступ до криптології 111 KB
  Лекція 5. Вступ до криптології Виключно важливим механізмом захисту інформації є криптографія. Оскільки цей складний і широкий розділ математики вимагає окремого детального вивчення тут подамо лише основні відомості з криптології. Проблема захисту інформації шляхом...
17296. Віруси. Загальні відомості 92.5 KB
  Лекція 6. Віруси. Загальні відомості Створенням будьякої комп'ютерної програми її автор переслідує певну мету. Іноді їм можуть бути допущені помилки і написана програма буде робити не зовсім те що спочатку задумувалося або навіть зовсім не те. Однак кожна програма обов'...
17297. Методи та засоби антивірусного захисту 111 KB
  Лекція 7. Методи та засоби антивірусного захисту Загальні відомості Усі знають що для захисту від шкідливих програм потрібно використовувати антивіруси. Але в той же час нерідко можна почути про випадки проникнення вірусів на захищені антивірусом комп'ютери. У кожном...
17298. Методи захисту від спаму 92.5 KB
  Лекція 9. Методи захисту від спаму Одна з найбільших проблем при роботі з електронною поштою це небажані повідомлення комерційного характеру а просто кажучи спам. Крім незручностей пов'язаних з позбавленням від спаму спам це ще й прямі збитки для підприємства: вит