1.超声波声速与介质的弹性模量的关系
实验证明,超声波在介质中的传播速度与介质的弹性模量直接相关。举个类似波速的例子:将一串弹性小球排成一排,忽略各种摩擦力,用一个小球以一定速度碰撞第一个小球,根据计算,最后一个小球将获取同样的速度离开队列,那么这段传递的时间就是波的传递时间,它的速度和这一串弹性小球的刚度(弹性模量)有关。声速的大小与传声介质的可压缩性(即弹性模量)有关。介质的弹性模量越大,声音在其中的传播速度越快。弹性模量与超声波波速的具体关系将会在后面的章节详细介绍。
2.超声波声速与其他物理量的关系
超声波的声速除与介质的弹性模量有关外,还与介质的密度、超声波的波型、温度、应力以及介质均匀性等有关系。
实验表明,一般固体中的声速随介质温度升高而降低,高分子材料,例如有机玻璃(常用作斜探头楔块材料),其声速随温度变化比较显著,当温度从0℃升至60℃时,其声速从2730m/s降至约2500m/s,如图2-23所示。因此用有机玻璃楔块制作的斜探头,入射角一定时其折射角或K值会随温度发生显著变化,冬天K值为2的斜探头,夏天会变至2.2左右,反之,夏天K值为2的斜探头,冬天会变至1.8左右。由图2-23可见,高分子材料中,聚酰亚胺温度系数较小,其折射角或K值随温度变化也较小,且其声速及衰减系数均小于有机玻璃,是制作斜探头楔块的较理想材料。(www.daowen.com)
图2-23 高分子材料声速随温度的变化
固体的应力状态对声速也有一定的影响,一般情况下,应力增加,声速缓慢增加;固体材料均匀性对声速的影响突出表现在铸件当中,由于铸造工艺使铸件表面晶粒细小,则表面声速较大;中心晶粒粗大,则声速较慢。
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