超声波的基本知识 1 超声波基本原理
1.1 振动与波动
机械振动：物体在平衡位置附近往复运动。
质量弹簧系统的运动；钟摆的摆动；水上浮标的浮动；担物行走时扁担的颤动；在微风中树梢的摇摆；振动的音叉、锣、鼓、琴弦等都是机械振动。
质量弹簧体系受力分析：虎克定律 F=-k?x
1. 受力方向指向平衡位置 2. 受力大小与质点偏离平衡位置的距离成正比
单摆体系受力分析
机械振动的三个特点：物体，平衡位置，回复力 1. 物体：宏观的物体或细观的质点
2. 平衡位置：通常是运动过程的中心（静止）位置 3. 回复力：偏离平衡位置后，受到指向平衡位置的力
确定性振动：可以用确定性的函数描述其运动规律 最为简单的是简谐振动 有限个简谐振动的叠加 无限个简谐振动的叠加
随机振动：不能预先确定的振动。 无法用确定性函数描述 须用概率统计方法定量描述
平稳随机振动：运动随机，概率统计参量稳定 非平稳随机振动：运动随机，概率统计参量不稳定 产生机械振动的根本原因： 1. 偏离平衡位置
2. 有与偏离平衡位置位移相关的回复力：指向平衡位置的力，使物体回到平衡位置 振动能够持续的原因： 1. 物体偏离平衡位置对应克服回复力时集聚的势能 2. 物体在回复力的作用下势能与动能的转换
在回复力的作用下，物体回到平衡位置时，回复力减小到零，势能完全转化为动能，此时惯性使其偏离到平衡位置的另一边，克服新产生的回复力，直至达到最大偏离位置，动能完全转化为势能。循环往复。
质点（细观）振动
细观意义上，构成物体的各个部分构成相互作用体系， 通常相互之间处于虎克定律意义下的平衡状态，物体某一部分如果相对于其他部分的发生位移，将导致其他部分对其产生“回复力”，促其回到其平衡位置，产生振动。
质点（细观）振动时质点的相互作用
1. 前述的质量弹簧体系和单摆体系都有一个固定的支点，刚度无穷大，物体的运动对支点无影响。
2. 质点体系相互之间是等价的，此时自然会引出一个问题，一个质点运动时对其他质点有什么影响呢？ ①. 关注点在一个质点时，看到的是质点在振动。 ②. 关注点在质点间的相互作用时，看到的是质点的运动转态传播到其他质点的过程。
波动是振动状态在空间的传播过程
机械波：质点振动状态在介质中的传播过程。如：水波、声波、超声波、地震波等； 电磁波：电场和磁场的交变振荡在空间的转播过程。如：无线电波、雷达波等。 质点振动状态传播： 质点位置：位移波 质点速度：速度波 质点间作用力：应力波
机械波的产生：机械振动的波源与传播介质。 例如：把石子投入平静的水中，在水面上可以看到一圈圈向外扩展的水波。
机械波传播机理
（1）. 介质质点间的相互作用：任何一个质点与其邻近质点间存在着相互作用的力。 （2）. 介质质点的平衡位置：质点间相互处于平衡状态时质点所处的位置。
某质点偏离平衡位置 → 与相邻质点的间距发生变化 → 邻近质点受到作用力而产生运动 → 这个过程由近及远向各个方向以一定速度传播出去。
振动与波动概念的联系和区别
振动：质点的往复性机械运动，具周期性和持续性。 波动：不同质点间机械运动状态的传播过程。
（1）. 波动是振动状态的传播过程，振动是波动的根源。
（2）. 波动的物理实质是能量状态的一种传递形式。声波是弹性介质中传播的一种机械波。低应变检测中的振动与波动 锤击桩头，传感器得到右示“波形”。 解释： tl 时刻为来自桩底的反射波。
低应变检测中的振动与波动
超声波检测基本知识
