超聲波檢測(cè)基礎(chǔ)知識(shí)(精編版)

1、超聲波檢測(cè)基礎(chǔ)知識(shí)超聲場(chǎng)特征值與規(guī)則反射體的回波聲壓一、超聲場(chǎng)的特征值充滿超聲波的空間或超聲振動(dòng)所涉及的部分介質(zhì)，叫超聲場(chǎng)。超聲場(chǎng)具有一定的空間大小和形狀，只有當(dāng)缺陷位于超聲場(chǎng)內(nèi)時(shí)，才有可能被發(fā)現(xiàn)。描述超聲場(chǎng)的特征值( 即物理量 ) 主 要有聲壓、聲強(qiáng)和聲阻抗。1.1 、聲壓 p超聲場(chǎng)中某一點(diǎn)在某一時(shí)刻所具有的壓強(qiáng)p1 與沒有超聲波存在時(shí)的靜態(tài)壓強(qiáng)p0 之差，稱為該點(diǎn)的聲壓，用p 表示。p = r p)聲壓?jiǎn)挝唬号了箍?( pa) 、微帕斯卡 (fa) 超聲檢測(cè)儀器顯示的信號(hào)幅度值的本質(zhì)就是聲壓p, 示波屏上的波高與聲壓成正比。在超聲檢測(cè)中，就缺陷而論，聲壓值反映缺陷的大小。1.2 、聲阻抗

2、z超聲場(chǎng)中任一點(diǎn)的聲壓與該處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度之比成為聲阻抗，常用z 表示。z = p/u = ；?cu /u =；?c 聲阻抗的單位為克 /厘米2秒( g/cm 2 s) 或千克 /米2秒( kg/m 2 s ) 1.3 聲強(qiáng) i 單位時(shí)間內(nèi)垂直通過單位面積的聲能稱為聲強(qiáng)，常用i 表示。單位是瓦 /厘米 2 ( w/cm2 ) 或焦耳/厘米 2 秒( j/cm2 ? s) 。1.4 分貝在生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，所遇到的聲強(qiáng)數(shù)量級(jí)往往相差懸殊，如引起聽覺的聲強(qiáng)范圍為10-1610-4 w/cm2，最大值與最小值相差12 個(gè)數(shù)量級(jí)。顯然采用絕對(duì)值來度量是不方便的，但如果對(duì)其比值( 相對(duì)量 ) 取對(duì)數(shù)來比較

3、計(jì)算則可大大簡(jiǎn)化運(yùn)算。分貝就是兩個(gè)同量綱的量之比取對(duì)數(shù)后的單位。通常規(guī)定引起聽覺的最弱聲強(qiáng)為11=10-16 w/cm2作為聲強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)，另一聲強(qiáng)i2 與標(biāo)準(zhǔn)聲強(qiáng) i1 之比的常用對(duì)數(shù)成為聲強(qiáng)級(jí)，單位為貝( 爾)( b ) 。 =lg(l2/l1) (b)實(shí)際應(yīng)用貝爾太大，故長(zhǎng)取其1/10 即分貝 ( db) 來作單位： =10lg (12/i1)=20lg(p2/p1) ( db) 通常說某處的噪聲為多少多少分貝，就是以10-16 w/cm2為標(biāo)準(zhǔn)利用上式計(jì)算得到的。二、規(guī)則反射體的回波聲壓實(shí)際檢測(cè)中常用反射法，反射法是根據(jù)缺陷反射回波聲壓的高低來評(píng)價(jià)缺陷的大小。然而工件中的缺陷形狀、性質(zhì)各不

4、相同，且目前的檢測(cè)技術(shù)還難以確定缺陷的真實(shí)大小和形狀?；夭晧合嗤膶?shí)際大小可能相差很大，為此特引用當(dāng)量法。當(dāng)量法是指在同樣的檢測(cè)條件下，當(dāng)自然缺陷回波與某人工規(guī)則反射體回波等高時(shí)，則該人工反射體的尺寸就是此自然缺陷的當(dāng)量尺寸。自然缺陷的實(shí)際尺寸往往大于當(dāng)量尺寸。超聲波檢測(cè)中常用的規(guī)則反射體有平底孔、長(zhǎng)橫孔、短橫孔、球孔和大平面等，下面分別討論以上反射體中常見的規(guī)則反射體的回波聲壓。2.1 圓盤波源輻射的縱波聲場(chǎng)波源軸線上的聲壓分布：在連續(xù)簡(jiǎn)諧縱波且不考慮介質(zhì)衰減的條件下，如下圖所示的液體介質(zhì)中圓盤源上一點(diǎn)波源ds 輻射的球面波在波源軸線上q 點(diǎn)引起的聲壓為：.pods ? / * |、dp

5、sin（，tkr）打式中po波源的起始聲壓，ds 點(diǎn)波源的面積，波長(zhǎng)，r 點(diǎn)波源至q點(diǎn)的距離；k - 波數(shù)，k =? /c = 2二/， - 圓頻率， ? = 2：f ，t - 時(shí)間。根據(jù)波的疊加原理，作活塞振動(dòng)的圓盤波源上各點(diǎn)波源在軸線上q 點(diǎn)引起的聲壓可以線性疊加，所以對(duì)整個(gè)波源面積進(jìn)行積分就可以得到波源軸線上的任意一點(diǎn)的聲壓為：p dp=2f0sin（ r： x2-x）sin（-kx）?x其聲壓幅值為：p =2psin c rf x2-x）式中rs 波源半徑；x 軸線上 q 點(diǎn)至波源的距離。上述聲壓公式比較復(fù)雜，使用不便，特作如下簡(jiǎn)化：當(dāng)x_3r；/ ? （即:r2 / 2 - -： /

6、 6 ）時(shí)，根據(jù)sin“t （二很小時(shí)）上式可簡(jiǎn)化為：2 2 式中fs 波源面積，fs二：rs - -ds / 4（ds為波源直徑）上式表明，當(dāng)x-3r：/時(shí)，圓盤軸線上的聲壓與距離成反比，與波源面積成正比。如圖所示在x _3n的圓盤波源軸線上存在一平底孔（圓片形）缺陷，設(shè)波束軸線垂直于平底孔，超聲波在平底孔上全反射，平底孔直徑較小，表面各點(diǎn)聲壓近似相等。根據(jù)惠更斯原理可以把平底孔當(dāng)做一個(gè)新的圓盤源，其起始聲壓就是入射波在平底孔處的聲壓巳二p0fs，探頭接收到的平底孔回波聲壓pf為：xx pxff pofsff pf t2- ax 扎x 式中po 探頭波源的起始聲壓；2 fs 探頭波源的面積，

7、fs f ds/4 ；ff 平底孔缺陷的面積，ff 5d2/4 ；波長(zhǎng)；x 平底孔至波源的距離。由上式可知，當(dāng)檢測(cè)條件（fs，）定時(shí)，平底孔缺陷的回波聲壓或波高與平底孔面積成正比，與距離平方成反比。任意兩個(gè)距離直徑不同的平底孔回波聲壓之比為：2 2 hf 1 pf1 xzdf! hf 2 pf2 x2d22二者回波分貝差為：p f 1 d f 1 x? -12 = 20lg 40lg p f 2 d f 2x1 (1 ) 當(dāng)df1 = df2，x2=為時(shí) : ：12等于 12db ，這說明平底孔直徑一定，距離增加一倍，其回波下降12db。( 2) d 門=2df2，x2 = xi 時(shí)：. ：i2等于 12db ，這說明平底孔距離一定，直徑增加一倍，其回波升高12db 。如上圖所示，當(dāng)x _3n時(shí)，超聲波在與波束軸線垂直、表面光潔的大平底面上的反射就是球面波在平面上的反射，其回波聲