超声波对车轮轮箍检测的物理基础

      随着科学技术的飞速发展，加上车轮轮箍锻件的使用范围不断扩大，人们对车轮轮箍的质量及其检测技术提出了更

高的要求。目前对车轮轮箍检测分析的手段虽然有低倍检验、金相检验、电子扫描检验等。

    一个物理量的值在观测时间内不停地在极大值和极小值之间变化，这种变化状态称为振动。如果振动量是一个力学

量，如位移、角位移等，所做的振动则称之为机械振动。物体沿着直线或曲线在某一平衡位置附近做往复周期性的运

动称为机械振动。往下拉一下安装在弹簧一端的小质点，松开后而产生的运动就是机械，简称振动。    物体做简谐振动时，只有弹性力或重力做功，其他力不做功，这符合机械能守恒的条件。因此简谐振动的能量遵守

机械能守恒定律，即在平衡位置时动能最大，势能为零；在位移最大时势能最大，动能为零，其总能量保持不变。振

动的类型很多，除了简谐振动外，还有固有振动、受迫振动、阻尼振动等，这些振动虽然都属于较为复杂的振动，但

是它们的基础是简谐振动。阻尼振动是振幅或能量随时间不断减小的振动。由于克服阻力做功，振动物体在传播过程

中，伴随着能量的传递，阻尼振动的振幅不断减小。阻尼振动受到阻力的作用，因此不符合机械能守恒。受迫振动是

物体受到周期变化的外力作用时产生的振动。如缝纫机上缝纫针的振动，气缸中活塞的振动和扬声器中纸盆的振动等。

受迫振动刚开始时情况很复杂经过一段时间后达到稳定状态，变为周期性谐振动。其振动频率和策动力频率相同，振

幅保持不变。受迫振动的振幅和策动力的频率有关，当策动力频率与受迫振动物体固有频率相同时受迫振动的振幅达

到最大，这种现象称为共振。受迫振动物体受到策动力的作用，不符合机械能守恒。超声波探头中的压电晶片在发射

超声波时，一方面受高频电脉冲激励，另一方面在起振后受到晶片背面吸收块的阻尼作用，因此又是阻尼振动。压电

晶片在接收超声波时同样产生受迫振动和阻尼振动。在设计探头中的压电晶片时，应使高频电脉冲的频率等于压电晶

片的电声能量转换效率最高。

    振动的传播过程称为波动。波动分为机械波和电磁波两大类。机械振动在弹性介质中的传播过程称为机械波，例如

水波、声波与超声波等。通常认为物体是由以弹性力保持平衡的各个质点所构成的。当某一质点受到外力的作用后该

质点就在其平衡位置附近振动。由于一切质点都是彼此联系的，振动质点的能量就能够传递给周围的质点而引起周围

质点的振动。这样在弹性介质中一个质点的振动就会引起邻近质点的振动。这便是车轮轮箍锻件的质量超声波检测的

物理基础。

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