超声波是一种机械波,是机械振动在介质中的传播。了解超声波本身的性质及其在介质中的传播特点,对于正确应用超声波检测技术、解决实际检测中的各种问题是十分必要的。超声检测中,主要涉及物理声学和几何声学中的一些基本定律和概念,如物理声学中波的叠加、干涉和衍射,几何声学中的反射、折射定律及波形转换等。
物体(或质点)在某一平衡位置附近作来回往复的运动,称为机械振动。
日常生活中的振动现象随处可见,凡有摇摆、晃动、打击、发声的地方都存在机械振动,如弹簧振子、摆轮、音叉、琴弦以及蒸汽机活塞的往复运动等。振动是自然界最常见的一种运动形式。
振动产生的必要条件是:物体一离开平衡位置就会受到回复力的作用;阻力要足够小。物体(或质点)在受到一定力的作用下,将离开平衡位置,产生一个位移;该力消失后,在回复力作用下,它将向平衡位置运动,并且还要越过平衡位置移动到相反方向的最大位移位置,然后再向平衡位置运动。这样一个完整运动过程称为一个“循环”或一次“全振动"。每经过一定时间后,振动体总是回复到原来的状态(或位置)的振动称为周期性振动,不具有上述周期性规律的振动称为非周期性振动。
振动是往复运动,可用周期和频率表示振动的快慢,用振幅表示振动的强弱。振幅-振动物体离开平衡位置的最大距离,叫做振动的振幅,用A表示。
周期-当物体作往复运动时完成一次全振动所需要的时间,称为振动周期,用T表示。常用单位为秒(s)。对于非周期性振动,往复运动已不再是周期性的,但周期这个物理量仍然可以反映这种运动的往复情况
频率-振动物体在单位时间内完成全振动的次数,称为振动频率,用f表示。常用单位为赫兹(Hz), 1赫兹表示1秒钟内完成1次全振动,即1Hz=1次/s。此外还有千赫(kH2),赫(MH2), 1 kHz=10 Hz, 1 MHz=106 Hz.由周期和频率的定义可知,二者互为倒数:
如某人说话的频率 f=l 000 T毡， 表示其声带振动为1 000次／s，声带振动周期T=l/f= 1/1 000= 0. 001 s。
1. 谐振动
弹簧振子的谐振动， 其结构是由一个一端固定， 质量可以忽略的轻弹簧和连在它另一端（自由端）的一个带孔而不易变形的小球， 并将球穿在 →根光滑的水平杆上组成。当小球处于0点时，所受外力的合力为零， 弹簧没
有形变，小球不受力，该点就是平衡位置。将小球从平图21弹簧振子的谐振动
向右拉到A点，然后释放，小球将沿杆左右振
动。小球在振动过程中，它的重力和杆的支持力始终平衡。假定小球的运动没有其他任何阻力，对振动起作用的只有弹簧作用在小球上的弹力。当小球受外力作用被拉到0点的右侧A点时，对平衡位置的位移方向向右，而弹力方向却向左；当小球运动到0点左侧时，位移方向向左，而弹力方向却向右，可见该弹力的方向总是跟小球对平衡位置的位移方向相反，指向平衡位置。显然这个弹力就是使小球振动的回复力。由胡克定律知，弹簧提供的凹复力F的大小跟小球相对平衡位置的位移工成正比，关系式为：
式中K是弹簧的倔强系数， 负号表示回复力与位移方向相反。
物体（或质点）在受到跟位移大小成正比、 而方向总指向平衡位置的回复力作用下的振动， 就叫做谐振动。从运动学角度分析， 弹簧振子的运动可以用振动图像直观地表示出来。
以横轴表示时间， 纵轴表示质点位移， 则振动图像表示了振动质点的位移随时间变化的规律。
谐振动与做匀速圆周运动的质点在Y轴上投影的运动特点完全一致， 如图2 3所示。 以振幅A为半径作圆， 质点M沿圆周作匀速运动， 质点M的水平位移y和时间t的关系时 用如下表达式来描述：
因此，人们将位移随时间的变化符合余弦（或正弦）规律的振动形式称为谐振动。 上述两种关于谐振动的定义是一致的，前一种定义是从动力学角度描述谐振动。
2.阻尼振动
阻尼振动是指，由于振动系统受到摩擦和介质阻力或其他能耗而使振幅随时间逐渐衰减的振动，又称减幅振动、衰减振动。 [1] 不论是弹簧振子还是单摆由于外界的摩擦和介质阻力总是存在，在振动过程中要不断克服外界阻力做功，消耗能量，振幅就会逐渐减小，经过一段时间，振动就会完全停下来。这种振幅随时间减小的振动称为阻尼振动．因为振幅与振动的能量有关，阻尼振动也就是能量不断减少的振动．阻尼振动是非简谐运动．阻尼振动系统属于耗散系统。这里的阻尼是指任何振动系统在振动中，由于外界作用或系统本身固有的原因引起的振动幅度逐渐下降的特性，以及此一特性的量化表征。
3.受迫振动
受迫振动在共振时时最为激烈，也就是系统的增益取极大值。故在一般情形下，总是百力求避免出现共振，除非某些仪器与设备要利用共振来取得大幅度振动。
二.机械波
机械振动在介质中的传播称为机械波（mechanical wave）。机械波与电磁波既有相似之处又有不同之处，机械波由机械振动产生，电磁波由电磁振荡产生；机械波的传播需要特定的介质，在不同介质中的传播速度也不同，在真空中根本不能传播，而电磁波（例如光波）可以在真空中传播；机械波可以是横波和纵波，但电磁波只能是横波；机械波与电磁波的许多物理性质，如：折射、反射等是一致的，描述它们的物理量也是相同的。常见的机械波有：水波、声波、地震波。
机械波产生和传播的两个条件是有波源和传播振动的介质
1. 谐振动
弹簧振子的谐振动， 其结构是由一个一端固定， 质量可以忽略的轻弹簧和连在它另一端（自由端）的一个带孔而不易变形的小球， 并将球穿在 →根光滑的水平杆上组成。当小球处于0点时，所受外力的合力为零， 弹簧没
有形变，小球不受力，该点就是平衡位置。将小球从平图21弹簧振子的谐振动
向右拉到A点，然后释放，小球将沿杆左右振
动。小球在振动过程中，它的重力和杆的支持力始终平衡。假定小球的运动没有其他任何阻力，对振动起作用的只有弹簧作用在小球上的弹力。当小球受外力作用被拉到0点的右侧A点时，对平衡位置的位移方向向右，而弹力方向却向左；当小球运动到0点左侧时，位移方向向左，而弹力方向却向右，可见该弹力的方向总是跟小球对平衡位置的位移方向相反，指向平衡位置。显然这个弹力就是使小球振动的回复力。由胡克定律知，弹簧提供的凹复力F的大小跟小球相对平衡位置的位移工成正比，关系式为：
式中K是弹簧的倔强系数， 负号表示回复力与位移方向相反。
物体（或质点）在受到跟位移大小成正比、 而方向总指向平衡位置的回复力作用下的振动， 就叫做谐振动。从运动学角度分析， 弹簧振子的运动可以用振动图像直观地表示出来。
以横轴表示时间， 纵轴表示质点位移， 则振动图像表示了振动质点的位移随时间变化的规律。
谐振动与做匀速圆周运动的质点在Y轴上投影的运动特点完全一致， 如图2 3所示。 以振幅A为半径作圆， 质点M沿圆周作匀速运动， 质点M的水平位移y和时间t的关系时 用如下表达式来描述：
因此，人们将位移随时间的变化符合余弦（或正弦）规律的振动形式称为谐振动。 上述两种关于谐振动的定义是一致的，前一种定义是从动力学角度描述谐振动。
2.阻尼振动
阻尼振动是指，由于振动系统受到摩擦和介质阻力或其他能耗而使振幅随时间逐渐衰减的振动，又称减幅振动、衰减振动。 [1] 不论是弹簧振子还是单摆由于外界的摩擦和介质阻力总是存在，在振动过程中要不断克服外界阻力做功，消耗能量，振幅就会逐渐减小，经过一段时间，振动就会完全停下来。这种振幅随时间减小的振动称为阻尼振动．因为振幅与振动的能量有关，阻尼振动也就是能量不断减少的振动．阻尼振动是非简谐运动．阻尼振动系统属于耗散系统。这里的阻尼是指任何振动系统在振动中，由于外界作用或系统本身固有的原因引起的振动幅度逐渐下降的特性，以及此一特性的量化表征。
3.受迫振动
受迫振动在共振时时最为激烈，也就是系统的增益取极大值。故在一般情形下，总是百力求避免出现共振，除非某些仪器与设备要利用共振来取得大幅度振动。
二.机械波
机械振动在介质中的传播称为机械波（mechanical wave）。机械波与电磁波既有相似之处又有不同之处，机械波由机械振动产生，电磁波由电磁振荡产生；机械波的传播需要特定的介质，在不同介质中的传播速度也不同，在真空中根本不能传播，而电磁波（例如光波）可以在真空中传播；机械波可以是横波和纵波，但电磁波只能是横波；机械波与电磁波的许多物理性质，如：折射、反射等是一致的，描述它们的物理量也是相同的。常见的机械波有：水波、声波、地震波。
机械波产生和传播的两个条件是有波源和传播振动的介质
