1、波動是物質(zhì)的一種運(yùn)動形式
▲ 機(jī)械波 — 機(jī)械振動在彈性介質(zhì)中的傳播過程
如：聲波、水波等
（應(yīng)用如：超聲儀、測樁儀）
▲ 電磁波 — 電磁振蕩引起的變化的電場與磁場在空間的傳播
如：無線電波、紫外線、光線等
（如：鋼筋磁感儀、雷達(dá)）
2、聲波是機(jī)械波
▲ 次聲波 0～20Hz
▲ 可聞聲波 20～20kHz
▲ 超聲波 20kHz～1010 Hz （ 砼超聲 ：20kHz～250kHz）
▲ 特超聲波 ＞ 1010 Hz
3、聲波的產(chǎn)生與傳播： 聲波是質(zhì)點(diǎn)振動的傳播過程，產(chǎn)生并傳播聲波的條件是：
▲要有作機(jī)械振動的波（聲）源，如聲帶發(fā)出聲音、超聲發(fā)射換能器發(fā)出超聲波
▲要有傳播振動的介質(zhì)，如空氣、水、混凝土，但真空中不能傳播機(jī)械波
4、振動：物體在一定位置附近重復(fù)運(yùn)動
▲振動位移μ μ＝Asinωt
▲振動速度v v＝
＝Aωcosωt
▲振動加速度a a＝
＝－Aω2sinωt
A－振幅，離開平衡位置的最大位移
－角頻率 
5、波的類型
①最簡單的波是縱波和橫波
▲縱波（P波）— 質(zhì)點(diǎn)振動方向與波的傳播方向一致，如聲波
縱波可以在固體、液體、氣體中傳播
▲橫波（S波）— 質(zhì)點(diǎn)振動方向與波的傳播方向垂直
橫波只能在固體中傳播
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②縱波、橫波迭加產(chǎn)生其它類型的波
▲表面波（R波）－ 縱向振動與橫向振動迭加形成橢園振動，沿介質(zhì)表面?zhèn)鞑?/span>
表面波只能在固體中傳播
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6、波的形式
①聲波在無限大且各向同性介質(zhì)中向各方向傳播
▲波線 － 傳播的方向
▲波前 － 介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振動傳播到達(dá)的各點(diǎn)的軌跡
▲波陣面 － 介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振動同相位的所有質(zhì)點(diǎn)的連線（或稱軌跡）
②按波陣面分
▲平面波 － 波陣面是平面，振源是無限大平面
▲球面波 － 波陣面是球面，振源是點(diǎn)源
▲柱面波 － 波陣面是同軸園柱面，振源是無限長園柱
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（a） 平面波；（b）球面波；（c）柱面波
1－波線；2－波前；3－波陣面
7、基本物理量
▲周期T － 質(zhì)點(diǎn)完成一次振動的時(shí)間，單位：秒
▲波長λ － 在周期T內(nèi)波傳播的距離，單位：米
▲頻率f － 每秒振動的次數(shù)，單位：1/秒
▲速度V － 每秒傳播的距離，單位：米/秒
基本物理量之間的關(guān)系：
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例：V＝4000m/s f＝50kHz 
＝80mm
二、聲速－質(zhì)點(diǎn)振動傳播的速度
1、無限體中的聲速
無限體的邊界條件：D >2λ (D：橫向尺寸、λ：波長)
▲縱波聲速VP=
▲橫波聲速VS=
=
▲面波聲速VR＝
Vs
（ E:彈性模量 
：密度 
：泊桑比 G：切變彈性模量）
縱波聲速VP＞橫波聲速VS＞面波聲速VR
砼中： VP＝（1.62～1.87）VS （ 當(dāng)σ＝0.25時(shí) VP=1.73VS）
VP＝（1.81～2.08）VR
VR＝0.9VS
縱波P、橫波S、面波R的時(shí)序關(guān)系 實(shí)測的縱波、橫波、面波
2、不同幾何尺寸介質(zhì)的縱波聲速
▲無限體中的聲速（無限體的幾何條件：與聲線相垂直尺寸大于2倍波長）
▲薄板介質(zhì)中的聲速（薄板的幾何條件：板厚<<；長x寬Y方向的尺寸>>板厚z）
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▲細(xì)長桿（一維桿）聲速（細(xì)長桿的幾何條件：橫向尺寸<<；軸向尺寸>>橫向尺寸）
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無限體中的聲速VP＞薄板介質(zhì)聲速VL＞細(xì)長桿（一維桿）聲速VB
例：砼中： VP ≈ 4500m/s
VL ≈ 4368m/s
VO ≈ 4280m/s
混凝土的σ＝0.2～0.23，以錘擊作振源時(shí)反射波法所測混凝土聲速（一維桿的縱波聲速）比超聲波法所測混凝土聲速要低5%～7%
三、聲波在聲界面的反射與折射（透射）
1、聲阻抗率Z：在數(shù)值上是密度和聲速的乘積，對于一定頻率的聲波，聲阻抗率只取決于介質(zhì)特性，故也稱之為介質(zhì)的特性阻抗
混凝土特性阻抗Z＝108×104g/cm2.s
2、聲界面：指聲阻抗率Z不同的介質(zhì)的界面
3、垂直入射
聲壓反射率
聲壓透射率
垂直入射：1－入射波；2－反射波；3－透射波
Z1＝Z2 相同介質(zhì) 全透射 R＝0，D＝1
Z1《Z2 聲疏 聲密， 如空氣 砼，幾乎全反射， R ≈1 D≈0
Z1 》Z2 聲密 聲疏， 如砼 水，幾乎全反射（反射波反相）， R≈ -1 D≈0
4、斜入射
反射定律 
入射角等于反射角
折射定律
在流體（氣體、液體）界面，介質(zhì)中只有單一的縱波
5、在固體介質(zhì)的聲界面聲波將發(fā)生方向，角度及波型的變化
一種波（縱波）入射到固體界面時(shí)，不僅波方向發(fā)生變化，而且波型也發(fā)生變化，分離為反射縱波、反射橫波、折射縱波、折射橫波。各類波的傳播方向各不相同，符合反射定律和折射定律
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6、第一臨界角
：若入射波是縱波，且
（聲疏 →聲密），則：折射角
＞入射角
當(dāng)折射角＝900時(shí)的入射角稱為第一臨界角
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若縱波入射角＞第一臨界角，第二種介質(zhì)中沒有折射縱波，只有折射橫波，這是產(chǎn)生橫波的一種方法
四、聲波的繞射
在聲阻抗不連續(xù)的介質(zhì)中，聲波在傳播中會發(fā)生聲波的繞射
當(dāng)介質(zhì)中出現(xiàn)聲阻抗差異較大的障礙物和裂縫，空洞及低聲阻抗的異物時(shí)聲波會發(fā)生繞射現(xiàn)象
五、聲波的散射
不均勻介質(zhì)，例如混凝土中的骨料、缺陷、摻雜物等，會發(fā)生聲波的散射
散射只在波長入與粗骨料的粒徑d相近時(shí)發(fā)生，波長（λ）≈骨料粒徑（d）
散射會使聲傳播過程中發(fā)生能量損失
由此決定了混凝土超聲檢測所使用的頻率一般要低于200KHz。頻率高，能量損失大
六、聲波的衰減
聲波在傳播過程中振幅隨傳播距離的增大而逐漸減少的現(xiàn)象稱為衰減，在超聲檢測中用首波波幅值的相對變化描述聲波的衰減程度
1、產(chǎn)生衰減的原因
▲吸收衰減： 傳播中質(zhì)點(diǎn)間的摩擦使聲能轉(zhuǎn)化為熱能造成吸收衰減
▲散射衰減： 傳播中多次反射、折射，波型轉(zhuǎn)換造成散射衰減
▲擴(kuò)散衰減： 傳播中波束擴(kuò)散使能量分散造成擴(kuò)散衰減
2、衰減系數(shù)，衰減與頻率的關(guān)系
平面波：A=Am e-αl； 球面波：A=（1/l ）Ame－αl （式中l為聲傳播距離）
衰減系數(shù)
：
吸收衰減系數(shù) 
正比于
散射衰減系數(shù) 
正比于
總的衰減系數(shù) 
a、b、c是由介質(zhì)性質(zhì)和散射物特性所決定的比例系數(shù)
總體來說，衰減系數(shù)是頻率的函數(shù)，頻率越高衰減越大
3、衰減的度量（波幅的度量）：分貝
分貝數(shù)＝
分貝是用對數(shù)表示同一種物理量（接收波聲壓與標(biāo)準(zhǔn)聲壓）的相對大小，分貝為無量綱量
相對固定幅度a0 信號幅度a，用分貝表示為幅度A
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a=2 a0 a的幅度值
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a=1/2 a0 a的幅度值
a=10 a0 a的幅度值
a=100 a0 a的幅度值
 |
a=1000 a0 a的幅度值
七、混凝土聲學(xué)特性
1、 聲速與混凝土物性關(guān)系
▲由聲速可以計(jì)算出混凝土的動彈性力學(xué)參數(shù)：
泊松比μ
彈性模量E
, 剪切模量G
▲聲速與混凝土密實(shí)度，強(qiáng)度存在相關(guān)性：
當(dāng)聲波傳播到有缺陷的部位，由于聲阻抗變化，聲波會產(chǎn)生折射、反射以及繞射現(xiàn)象，使聲線拉長，聲時(shí)加大，視聲速下降
2、波幅即衰減系數(shù)與混凝土物性關(guān)系
致密、強(qiáng)度高的混凝土波幅衰減少
強(qiáng)度低或存在缺陷的混凝土波幅衰減大
3、頻率與混凝土物性關(guān)系
砼中應(yīng)用的超聲脈沖波是復(fù)頻波，含有多種頻率成份，最主要的頻率為主頻
在傳播過程中高頻成份容易衰減掉，使主頻向低頻側(cè)漂移（頻移），主頻率變低
混凝土質(zhì)量差，存在缺陷時(shí)接收信號的頻移較大，主頻率明顯變低
