充滿在線亞洲日產一區二區:超聲波的空間或超聲振動所波及的部分介質稱為超聲場。描述超聲場的常用物理量主要有聲壓、聲阻抗、聲強等。
1. 聲(sheng)壓
假設某一點在(zai)沒有超(chao)聲(sheng)波(bo)存(cun)在(zai)時的(de)靜態壓(ya)強(qiang)為(wei)P0,存(cun)在(zai)超(chao)聲(sheng)波(bo)時某一時刻所具有的(de)壓(ya)強(qiang)P1,兩者(zhe)之差即為(wei)該點的(de)瞬時聲(sheng)壓(ya)P。聲(sheng)壓(ya)單(dan)位與壓(ya)強(qiang)單(dan)位相同,均為(wei)Pa(帕)。
有效聲(sheng)壓是指在一定時間(jian)間(jian)隔內(nei),瞬時聲(sheng)壓對時間(jian)取均方根值,即
超聲(sheng)波在介質(zhi)(zhi)中傳播時(shi)(shi),介質(zhi)(zhi)每一(yi)點的聲(sheng)壓隨時(shi)(shi)間和振動位移量的不(bu)同而變化,所以瞬時(shi)(shi)聲(sheng)壓P是時(shi)(shi)間和位移的函(han)數(shu),可由下(xia)式表達:
由(you)式(shi)(2.1)可知,超聲(sheng)(sheng)場(chang)中(zhong)某一點的(de)聲(sheng)(sheng)壓(ya)(ya)按余弦函數周(zhou)期性(xing)(xing)變(bian)化。聲(sheng)(sheng)壓(ya)(ya)的(de)幅值與介(jie)(jie)質的(de)密(mi)度(du)、波速(su)、質點振動(dong)速(su)度(du)成正比(bi)。通(tong)常固體(ti)介(jie)(jie)質由(you)于(yu)密(mi)度(du)大(da)、聲(sheng)(sheng)速(su)高(gao)(gao)和質點振速(su)高(gao)(gao),導致置于(yu)同(tong)一超聲(sheng)(sheng)場(chang)中(zhong)的(de)介(jie)(jie)質(離聲(sheng)(sheng)源距(ju)離相同(tong)),以固體(ti)介(jie)(jie)質中(zhong)的(de)聲(sheng)(sheng)壓(ya)(ya)最(zui)高(gao)(gao),液(ye)體(ti)中(zhong)聲(sheng)(sheng)壓(ya)(ya)次之,氣體(ti)中(zhong)聲(sheng)(sheng)壓(ya)(ya)最(zui)小。當然,對于(yu)不同(tong)固體(ti)介(jie)(jie)質而言,因材料性(xing)(xing)質、密(mi)度(du)、聲(sheng)(sheng)速(su)等(deng)因素的(de)差異,對應的(de)聲(sheng)(sheng)壓(ya)(ya)也會有(you)所(suo)區別。一般(ban)認為,探(tan)傷儀顯(xian)示(shi)屏上的(de)信號高(gao)(gao)度(du)與聲(sheng)(sheng)壓(ya)(ya)成正比(bi)。
2. 聲(sheng)阻抗
超聲場中任一點的聲壓與該處質點振動速度之比稱為聲阻抗(kang),也稱特(te)性阻抗(kang),常(chang)用符號Z表(biao)示,單位為kg/(m2·s)[千(qian)克/(平方米·秒)]:
由式(2.2)可(ke)知,聲(sheng)阻抗的(de)大小等于(yu)介質的(de)密(mi)度與波速的(de)乘積。不難(nan)看(kan)出,在同(tong)一聲(sheng)壓下,Z增加,質點的(de)振(zhen)動(dong)速度下降。因(yin)此聲(sheng)阻抗Z可(ke)理解為介質對質點振(zhen)動(dong)的(de)阻礙作用。類似于(yu)電學(xue)中(zhong)的(de)歐姆定律 I=U/R,電壓定,電阻增加,電流減少。
聲(sheng)阻(zu)抗是表(biao)征(zheng)介質(zhi)聲(sheng)學性(xing)質(zhi)的重要(yao)物理量。超聲(sheng)波在異種介質(zhi)界(jie)面上的反(fan)射和透射情(qing)況與聲(sheng)阻(zu)抗關系密切。
3. 聲強
單位(wei)時間內在垂直于聲(sheng)(sheng)波(bo)傳播方(fang)(fang)向的介質指定面積上所通過(guo)的平(ping)(ping)均聲(sheng)(sheng)能量,稱(cheng)(cheng)(cheng)為(wei)平(ping)(ping)均聲(sheng)(sheng)功率(lv)(lv)或平(ping)(ping)均聲(sheng)(sheng)能量流。單位(wei)面積上的平(ping)(ping)均聲(sheng)(sheng)功率(lv)(lv)稱(cheng)(cheng)(cheng)為(wei)聲(sheng)(sheng)強度(du),簡(jian)稱(cheng)(cheng)(cheng)聲(sheng)(sheng)強,通常(chang)用符(fu)號I表示,單位(wei)為(wei)瓦(wa)/平(ping)(ping)方(fang)(fang)米(mi)(W/㎡),可寫作
由(you)式(2.3)可知,在同一(yi)介質中,聲(sheng)強與(yu)聲(sheng)壓的平方(fang)成正比。
4. 聲壓級(ji)、聲強級(ji)
直接(jie)使用(yong)聲(sheng)(sheng)壓、聲(sheng)(sheng)強(qiang)等物理量描述實際生活中(zhong)的(de)(de)(de)各種聲(sheng)(sheng)音(yin),數(shu)值變(bian)化(hua)范圍(wei)會非常寬,涉及的(de)(de)(de)數(shu)量級也相差巨大,如果使用(yong)對數(shu)標度來進行(xing)比較(jiao)計算就能(neng)大大簡化(hua)運算。另一個原因是人耳對聲(sheng)(sheng)音(yin)的(de)(de)(de)接(jie)收更接(jie)近(jin)正比于(yu)其對數(shu)值,并非正比于(yu)強(qiang)度。因此,在聲(sheng)(sheng)學中(zhong)普遍(bian)使用(yong)對數(shu)標度對聲(sheng)(sheng)壓、聲(sheng)(sheng)強(qiang)等參數(shu)進行(xing)度量,對應的(de)(de)(de),分別稱為聲(sheng)(sheng)壓級、聲(sheng)(sheng)強(qiang)級,單位(wei)(wei)用(yong)Bel(貝爾)表(biao)示,因為貝爾的(de)(de)(de)單位(wei)(wei)比較(jiao)大,工(gong)程上使用(yong)時將其縮至1/10后以dB(分貝)為單位(wei)(wei)。
聲壓級的符號通常用Lp表示。定義聲壓級為將待測聲壓的有效值Pe與基準聲壓P0。的比值取以10為底的常用對數,再乘以20,即
在空氣中,基準聲壓為P0=2×105Pa,這個數值是正常人聽覺對1kHz聲音稍稍感知到的最低聲壓值,低于此,通常人的聽覺系統就感知不到了,亦即聽閾聲壓級為0dB。人耳的聽覺從可聽閾的2×105Pa的聲壓到痛閾的20 Pa,兩者相差100萬倍,而用聲壓級來表示則變化為0~120dB的范圍,使對聲音的描述大為方便。
聲強級的符號為LI,定義為待測聲強I與基準聲強I0的比值取以10為底的常用對數,再乘以10,即
在空氣中,基準聲強I0取為1×1012 W/㎡,與空氣中基準聲壓相對應,是能夠引起人耳聽覺的最低聲強。
垂直線性較(jiao)好(hao)的(de)(de)探傷儀,顯示屏顯示的(de)(de)信(xin)號高(gao)度與聲壓(ya)成正比,有(you)
式中,基準聲壓P1和基準聲強H1可任意選取。
常用聲壓比(波高比)對應的分貝值見(jian)表(biao)2.1.