(1)波的种类
根据介质质点的振动方向和波动传播方向的关系可以分为纵波、横波和表面波等。弹性介质当受到交替变化的拉应力和压应力作用时,就相应的产生交替变化的伸长和压缩形变,质点产生疏密相间的纵向振动,振动又作用于相邻质点而在介质中传播。此时介质质点的振动方向和波动的传播方向相同,这种波称为纵波,用符号L表示。任何弹性介质在体积变化时都能产生弹性力,所以纵波可以在任何弹性介质(固体、液体、气体)中传播。固体介质除具有体积弹性外,还具有剪切弹性。固体介质当受到交变的剪切力作用时,将会相应的发生交变的剪切形变,介质质点产生具有波峰和波谷的横向振动,振动又作用于相邻的质点而在介质中传播。此时介质质点的振动方向和波动的传播方向垂直,这种波称为横波,用符号T表示。液体和气体中由于没有剪切弹性,所以横波只能在固体中传播。
固体介质表面受到交替变化的表面张力,使介质表面的质点发生相应的纵向振动和横向振动。结果使质点做这两种振动的合成振动,即绕其平衡位置做椭圆振动,椭圆振动又作用于相邻的质点而在介质表面传播,这种波称为表面波,用符号R表示。一般认为,当表面波传播的深度大于两个波长时,质点振动的振幅已经很小,波的传播截止了。
(2)超声波
在弹性介质中传播的机械波按频率的不同主要分为次声波、声波和超声波。能引起人们听觉的机械波是声波,其频率在 0.02-20kHz之间,次声波的频率低于20Hz,而超声波的频率高于20kHz。超声波振荡频率比声波频率高,它的特性大致与声波差不多,但由于它的频率高一些,因而也存在一些声波所没有的特性。通常我们熟悉的声波可以在空气中传播,它是一种纵波,也是一种机械波。人耳所能接收的声波频率约为20Hz-20kHz左右,超声波也是一种疏密变化的机械波,频率在20kHz以上都可算是超声波的范畴,它可以在气体、液体和固体中等媒质中传播。超声波在固体中则以横波传播,而在气体和液体中以纵波传播。频率越高的超声波在空气中传播衰减越大,一般来讲,20-40kHz的超声波在空气中传播5m左右就会衰减很多,40kHz以上的超声波在空气中传播时会很快衰减。
(3)超声波的特征值
超声波的特征值包括声强、声压和声阻抗:1) 声强I:单位时间内垂直通过单位面积的声能,称为声强。声强与频率的平方成正比,由于超声波的频率很高,故超声波的声强很大,这是超声能用于绝缘诊断的重要依据。
2) 声压P:任何介质不受外力作用时,介质所具有的压强称为静态压强。当介质中有超声波传播时,由于介质的质点振动,使介质中压强交替变化。超声场中某一点在某一瞬间所具有的压强,与同一点的静态压强之差称为该点的声压,用P表示,单位为Pa。
3) 声阻抗Z:从P=ρcv可知,在声压P相同的情况下,ρc越大,质点振动速度v越小;反之,ρc越小,质点振动速度v越大。所以把ρc称为介质的声阻抗,它表示超声场中介质对质点振动的阻碍作用。
Z=P/v=ρc
声阻抗在数值上等于介质的密度与超声波在介质中声速的乘积。由此可知,密度变化对声阻抗也有一定的影响。这就意味着不同的传播介质有不同的声阻抗,超声场中介质对质点振动的阻碍作用也不同。