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

32191. Тактические особенности допроса несовершеннолетнего обвиняемого 27.5 KB
  Тактика допроса несовершеннолетних в значительной степени обусловлена особенностями их психики повышенной внушаемостью и самовнушаемостью склонностью к фантазированию высокой эмоциональностью неустойчивостью поведения и др. Наоборот на несовершеннолетних в возрасте 15 17 лет официальная обстановка места допроса оказывает положительное влияние: проникаясь чувством ответственности они скорее скажут правду. Ложные показания несовершеннолетних в возрасте до 14 лет помимо сознательного отказа говорить правду могут объясняться самовнушением...
32192. Понятие предъявления для опознания. Его виды 27 KB
  Понятие предъявления для опознания. Предъявление для опознания следственное действие осуществляемое в регламентируемом уголовнопроцессуальным законом порядке и состоящее в том что свидетель потерпевший подозреваемый или обвиняемый обозревает предъявленные ему сходные объекты мысленно сопоставляет их признаки с запечатленным в его памяти образом и решает вопрос о наличии или отсутствии тождества либо групповой принадлежности. Суть опознания объекта состоит в его идентификации по чувственноконкретному отображению сохранившемуся в...
32193. Тактические особенности допроса несовершеннолетнего свидетеля 28.5 KB
  Тактические особенности допроса несовершеннолетнего свидетеля. Тактика допроса несовершеннолетнего строится с учетом его возрастных особенностей. При подготовке к допросу необходимо получить сведения об уровне развития несовершеннолетнего его интересах склонностях привычках своеобразии семейной микросреды взаимоотношениях с лицом в отношении которого будет проводиться допрос. Эти лица должны быть предупреждены о недопустимости какихлибо подсказок наводящих вопросов назидательного тона раздражения в отношении несовершеннолетнего.
32194. Тактические основы проверки показаний на месте 30.5 KB
  Тактические основы проверки показаний на месте. Проверка показаний на месте должна быть организована проведена а ее результаты зафиксированы так чтобы впоследствии не возникло сомнений в объективности производства этого следственного действия. При проверке показаний нескольких лиц проверка производится с каждым из них по отдельности и так чтобы они не могли общаться друг с другом и особенно с лицами чьи показания на месте уже проверены. Понятым нужно разъяснить сущность следственного действия и объяснить что они должны не просто...
32195. Тактика задержания и личного обыска 33 KB
  Тактика задержания и личного обыска Задержание это неотложное следственное действие с целью захватить лицо подозреваемое в совершении преступления доставить и водворить в изолятор временного содержания. Подготовка к задержанию и аресту включает в себя: 1 изучение лица подлежащего задержанию и аресту; 2 определение времени и места задержания; 3 решение вопроса о количественном и персональном составе группы задержания; 4 определение обязанностей участников задержания какие действия и в какой последовательности им надлежит совершать до...
32196. Особенности предъявления для опознания трупов 28.5 KB
  Особенности предъявления для опознания трупов Трупы предъявляются для опознания в тех случаях когда нет возможности установить личность умершего по документам либо когда внешность трупа значительно изменена. При обнаружении такого трупа прежде всего устанавливают кто из жителей данной местности региона города поселка деревни пропал без вести. Раздельное предъявление трупа и предметов находившихся при нем одежда очки дипломат трость часы и т. позволяют точнее соблюсти норму закона о порядке предъявления каждого из объектов...
32197. Понятие следственной ситуации. Классификация следственных ситуаций и их роль в раскрытии и расследовании преступлений 34.5 KB
  Понятие следственной ситуации. Характеристика следственной ситуации носит по отношению к процессу расследования преимущественно внешний характер: это характеристика условий в которых протекает данный процесс. Объективные факторы это те не зависящие от участников расследования причины которые вызывают изменения ситуации; субъективные факторы причины порождаемые действиями и поведением участников расследования и иных лиц оказавшихся в той или иной степени втянутыми в сферу судопроизводства. Сочетание всех этих компонентов обусловливает...
32198. Соотношение следственного действия, тактического приема и нормы права 23.5 KB
  Соотношение следственного действия тактического приема и нормы права. Следственные действия действия по собиранию и проверке доказательств осуществляемые следователем органом дознания прокурором судом в установленном законом порядке. Следственными действиями являются: допрос очная ставка обыск и выемка арест имущества осмотр и освидетельствование предъявление для опознания людей и предметов следственный эксперимент. Тактический прием адекватный ситуации способ воздействия на объект документ предмет человека способствующий...
32199. Особенности производства очной ставки с участием н/летних 30.5 KB
  Особенности производства очной ставки с участием н летних. Принимая решение о производстве очной ставки с участием несовершеннолетних особенно малолетних следователь прежде всего должен учитывать особенности их психики и влияние этих особенностей на ход и результаты очной ставки. К тому же несовершеннолетним особенно малолетним нередко присущи фантазия преувеличение иллюзии воображение подражание что служит причиной многих ошибок в показаниях Если же возникшее противоречие иным путем устранить не удалось перед следователем встает...