声音的传播
- Bodhi Anders
- 9小时前
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了解声波的声阻抗。
让我们回到几百年前。约翰·威廉·斯特拉特爵士，第三代瑞利男爵（1842-1919）是一位英国物理学家，他与他人共同发现了氩元素，并因这一发现于1904年获得诺贝尔奖。
然而，瑞利在量子物理学、光学和声学理论领域的重要工作和贡献也广为人知。他于1879年被任命为卡文迪什实验物理学教授，他的第一篇论文发表于两年前的1877年。这一新理论阐明了声音是如何从不同介质中传播和发出的。他参考并试验了拉紧的弦、铃铛、金属板和膜，不仅展示了，而且通过数学模型和对实验结果的讨论，证明了声波是如何通过不同的介质传播的。
约翰·威廉·斯特拉特爵士，第三代雷利男爵
瑞利在他的出版物中指出， “只需非常粗略的观察通常就足以表明，发声物体处于振动状态，并且声音和振动现象密切相关”。 此外，“当手指触碰到振动的钟或弦时，声音会在振动减弱的同时停止。但是，要影响听觉，仅仅拥有一个振动的乐器是不够的；乐器和耳朵之间还必须有不间断的沟通。”
什么会产生超声波？
很多东西都会产生超声波，CBM 分析员的工作就是在收集数据和声波之前，确定他们工作区域内正在发生哪些超声波发射。
超声波发射通常分为五大类，有时被简称为FITEM ：摩擦 (Friction)、冲击 (Impacting)、湍流 (Turbulence)、环境 (Environmental) 和人为 (Man-made)。摩擦、冲击和湍流通常与流体/电气/机械问题直接相关，因此正是您需要检测的对象。另一方面，环境和人为超声波发射则具有“对抗性”，这意味着它们会与目标问题的频率相互干扰和冲突。
摩擦力：可以通过多种方式产生，例如两个表面相互滑动、相互滚动，或者物体在气体或液体中运动时。
影响： 由表面相互碰撞引起的高频、短时能量爆发。
湍流：仅当气体或液体与各种表面相互作用时才会发生。
环境：即使在工业环境中，超声波的自然发生也并不罕见，例如黄蜂巢和蝙蝠栖息地。
人造的：运动传感器、驱虫剂、工业清洁剂、显示面板、显示器和许多其他人造物品在发挥其预期功能时都会发出超声波频率。
作为超声波检测员，务必记住声波是其传播介质的振动。该介质必须具有弹性，才能传递能量，并且与检测工具/模块之间不得存在任何干扰。
平方反比定律
与声源距离每增加一倍，声强就会降低 6 分贝。了解这一点对于检测超声波辐射至关重要，因为与声源的距离会直接影响读数。假设我们最初距离声源 1 英尺，此时没有声强衰减，那么距离 2 英尺时声强会衰减 6 分贝，距离 30 英尺时声强会衰减 32 分贝。
现在我们已经非常详细地了解了声能如何在气体环境中随距离衰减，以及大气因素如何影响声波在该介质中的传播。然而，平方反比定律（以及上述相关测量）都假设声音在“自由场”中传播，不受其他外部因素的影响。但在现实世界中，情况并非总是如此。以下列出了六种最常见的声能阻抗。
空气声阻抗
传输：超声波在大气介质中的传播。我们需要考虑声音在气体介质中的传播速度比在固体或液体介质中慢。例如，把耳朵贴在铁轨上，就能听到数英里外火车的声音（固体——高密度粒子）。鲸鱼可以在水下相距数英里的地方进行交流，延迟极小（液体——中等密度粒子）。闪电过后，有时需要几秒钟才能听到雷声（气体——低密度粒子）。所有这些都是声音的传播。
反射： 当声波从平面反射时，就会发生反射现象。反射点（也称为入射角）常常会被误认为是原始超声波源。例如，如果您使用超声波探测器定位到超声波发射点，但该位置没有任何可能的超声波源，那么您找到的可能只是原始超声波反射回来的反射点。
折射：与反射类似，折射是指声波从一种介质进入另一种介质的现象。反射发生在固体表面，而折射通常发生在液体中（液体是一种允许声能通过的物质状态）。折射后的声波会受到新介质的弹性和密度（也称为折射率）的影响。利用斯涅尔定律，我们可以计算出声波在新介质中传播速度与在原介质中传播速度的差异。
衍射：声波通过绕射或穿过空间而改变传播方向的现象。当声波穿过极小的开口时，衍射现象经常发生。听到有人从拐角处说话也是衍射的一个常见例子，因为声波绕射穿过空间到达听者的耳朵。
吸收：声吸收是指介质吸收一部分接收到的声能的能力。固体多孔材料，例如泡沫或玻璃纤维，是常见的吸声材料。被吸收的声波能量会转化为一种全新的能量形式（通常是热能）并从材料中散发出去。未被吸收的剩余声波能量则会被反射。
散射：声波与粗糙表面相互作用，产生多个能量降低的新声波的过程。这些新产生的声波方向和振幅不可预测，因此在进行超声波检测时，散射会成为难以克服的障碍。
声阻抗——密度的影响：
除了上述因素外，机械波（声波）在介质中传播的实际速度与该介质的温度、弹性和密度成正比。由于不同介质的吸收和再发射特性不同，会造成不同程度的延迟。
物质越温暖、密度越大，原子间距就越小，声音在该介质中传播的速度就越快。这就是为什么机械波（例如声音）在太空中根本无法存在的原因。机械波需要物理介质才能传播。太空是真空，原子间距非常大，声音无法传播。以下列出了各种常见物质的声速。
从声传播到超声波泄漏检测
现在我们已经对外部环境因素和阻抗有了更多了解，接下来我们将介绍一些在进行超声波检测时应遵循的通用技巧和最佳实践。超声波问题通常出现在嘈杂、混乱的工业环境中，这些环境中充斥着覆盖整个声谱的声波。因此，了解如何对抗干扰超声波和噪声并收集准确的数据至关重要。
在开始检测过程之前，先对房间进行探测，以便更好地初步了解空间情况，并确定任何超声波异常的大致位置。
如果您遇到压缩空气泄漏，以下几个常见技巧可以帮助您找到泄漏源：
确认系统已完全加压。
沿着压缩机的管道进行追踪。
确认所有相关阀门均已打开。
如果您使用 PROSARIS OL2 Puck 将数据集中到源位置，则实施以下最佳实践非常重要：
实际缩短与声源的距离。一旦开始缩小声源范围，下一步自然是靠近以获得更精确的定位。但是，请记住，当您进入 6 英尺（约 1.8 米）范围内时，需要在平板电脑上的 PROSARIS 应用程序中调整“距离”滑块。这将确保各项记录计算的准确性。
扫描泄漏源周围各个方向。附近可能存在其他泄漏点，这种情况并不少见。除非你足够靠近确认存在多个泄漏点，否则这些泄漏点可能会被误认为是主泄漏点。
如果您难以确定泄漏点——无论是由于其他泄漏还是其他干扰超声波造成的——请尝试采用屏蔽技术。最简单的方法是让自己位于目标源和其他不需要的超声波辐射之间。
紧急情况下，你甚至可以用一块纸板或一个写字板暂时阻挡任何剩余的有害超声波源。
用抹布盖住漏水处也有助于降低该区域的声学特性。这使得隔离漏水更容易，尤其对于较小的漏水点而言。
在成功完成超声波检测工作中，知识是您工具箱中最宝贵的资产之一。了解超声波背后的科学原理，将始终帮助您选择最适合工作的技术、策略和工具。
