超声波检测2级基础知识计算公式
超声波频率：f>20000Hz 声波频率：20Hz<f<20000Hz 次声波频率：f<20Hz
金属材料超声波检测常用频率：~10MHz 机械振动：T =1
f
谐振动方程：y =Acos (ωt +φ)
阻尼振动方程：y =A 0e −βt cos (ωt +φ0) 受迫振动方程：y =Acos (Pt +φ) 机械波主要物理量：c =λf 或λ=c /f 平面波波动方程：y =Acosω(t −x
c )
柱面波波动方程：y =
A √x cosω(t −x
c
) 球面波波动方程：y =A
x cosω(t −x
c ) 无限大固体介质中声速 纵波：c L =√
E
ρ√1−σ
(1+σ)(1−2σ)
横波：c s =√G
ρ√1
2(1+σ)
表面波：c R =0.87−1.12σ1+σ
√E ρ?1
2(1+σ)
同一介质中:
c L c s
=√
2(1−σ)1−2σ
c R c s
=
0.87+1.12σ1+σ
c L >c s >c R c L ：c s ：c R =:1:
细长棒中纵波波速：c Lb =√E
ρ
钢中波速：c L =5900m /s c s =3230m /s 水中波速：c L =1480m /s
有机玻璃波速：c L =2730m /s c s =1460m /s 液体、气体中纵波声速：c =√B
ρ
超声场特征值
声压：P =−ωAsinω(t −x c ⁄) 声压幅值：P m =ρcωΑ=ρcu 质点振动速度：u =2πfΑ 声阻抗：Z =P u =ρc ⁄ 声强：I =P 2
2Z
声强级（贝尔）：Δ=lg (I 2I 1⁄)
分贝差（dB ）：Δ=10lg (I 2I 1⁄)=20lg (P 2P 1⁄)=20lg (H 2H 1⁄) 奈培（NP ）：Δ=ln (P 2P 1⁄)
1NP= 1dB=
单一平面反、透射率 声压：r =
P r
P 0=
Z 2−Z 1
Z 2+Z 1
t =
P t
P 0=
2Z 2
Z 2+Z 1
声强：R =(Z 2−Z 1
Z 2+Z 1) T =4Z 1Z 2
(Z 2+Z 1)2
T+R=1 t-r=1 声压往复透射率： T =4Z 1Z 2
(Z 1+Z 2)2
超声波倾斜入射界面 纵波折反射定律：
sinαL C L
=
sinα′L C L1
=
sinα′s C s1
=
sinβL C L2
=
sinβs C s2
第一临界角：αⅠ=arcsin
C L1C L2
第二临界角：αⅡ=arcsin C L1C s2
横波折反射定律：
sinαs C s1
=
sinα′s C s1
=
sinα′L C L1
=
sinβL C L2
=
sinβs C s2
第三临界角：αⅢ=arcsin
C s1C L1
有机玻璃/钢临界角：αⅠ=° αⅡ=° αⅢ= ° 平面波在曲界面上的反射
平面波入射球面时，曲面轴线上的反射声压：P x =P 0|
f x ±f
| ,f=r/2
平面波入射到柱面时，曲面轴线上的反射声压：P x =P 0√|f x ±f
| ,f=r/2
平面波在曲界面上的反射
平面波入射球面透镜时，曲面轴线上的反射声压： P x =tP 0|
f x ±f
| ,f=r/2
平面波入射到柱面透镜时，曲面轴线上的反射声压： P x =tP 0√|
f x ±f
| ,f=r/2
超声波衰减
薄板（t<200mm ）工件衰减系数：α=
20lg (B m B n ⁄)−δ
2(n −m )x
厚>200mm 板材及轴类件衰减系数：α=20lg (B 1B 2⁄)−6−δ
2x
纵波发射声场
圆盘波源近场区长度：N ≈D s 24λ
=
F s πλ
波速指向性和半扩散角
半扩散角：θ0=arcsin 1.22λD s ⁄≈70λD s ⁄ 波束未扩散区：b ≈
D s 22.44λ
=1.64N
矩形波源的纵波声场
YOZ半扩散角：φ0=arcsinλ
2b ≈57λ
2b
XOZ半扩散角：θ0=arcsinλ
2a ≈57λ
2a
矩形波源的近场区长度：N=F s
πλ纵波近场区在两种介质中分布
水/钢近场区：基于钢计算N′=N
钢−L C水
C
钢
=D s2
4λ
钢
−L C水
C
钢
基于水计算N′=（N
水−L)C水
C
钢
=(D s2
4λ
水
−L)C水
C
钢
规则反射体
平底孔直径一定，距离增加一倍，其回波下降12dB
平底孔距离一定，直径增加一倍，其回波升高12dB
长横孔直径一定，距离增加一倍，其回波下降9dB
长横孔距离一定，直径增加一倍，其回波升高3dB
短横孔直径和长度一定，距离增加一倍，其回波下降12dB 短横孔直径和距离一定，长度增加一倍，其回波上升6dB 短横孔长度和距离一定，直径增加一倍，其回波升高3dB 球孔直径一定，距离增加一倍，其回波下降12dB
球孔距离不变，直径增加一倍，其回波上升6dB
大平底面距离增加一倍，其汇报下降6dB。