超聲波檢測基礎(chǔ)知識

1、超聲波檢測基礎(chǔ)知識超聲場特征值與規(guī)則反射體的回波聲壓一、超聲場的特征值充滿超聲波的空間或超聲振動所涉及的部分介質(zhì)，叫超聲場。超聲場具有一定的空間大小和形狀，只有當缺陷位于超聲場內(nèi)時，才有可能被發(fā)現(xiàn)。描述超聲場的特征值(即物理量)主要有聲壓、聲強和聲阻抗。1.1 、聲壓P超聲場中某一點在某一時刻所具有的壓強P1與沒有超聲波存在時的靜態(tài)壓強P0之差，稱為該點的聲壓，用P表示。P=RP)聲壓單位：帕斯卡(Pa)、微帕斯卡(Fa)超聲檢測儀器顯示的信號幅度值的本質(zhì)就是聲壓P,示波屏上的波高與聲壓成正比。在超聲檢測中，就缺陷而論，聲壓值反映缺陷的大小。1.2 、聲阻抗Z超聲場中任一點的聲壓與該處質(zhì)點振動

2、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/cm2s)或千克/米2秒(kg/m2s)1.3 聲強I單位時間內(nèi)垂直通過單位面積的聲能稱為聲強，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)和科學實驗中，所遇到的聲強數(shù)量級往往相差懸殊，如引起聽覺的聲強范圍為10-1610-4W/cm2，最大值與最小值相差12個數(shù)量級。顯然采用絕對值來度量是不方便的，但如果對其比值(相對量)取對數(shù)來比較計算則可大大簡化運算。分貝就是兩個同量綱的量之比取對數(shù)后的單位。通常規(guī)定引起聽覺的最弱聲強為11=10-16W/c

3、m2作為聲強的標準，另一聲強I2與標準聲強I1之比的常用對數(shù)成為聲強級，單位為貝(爾)(B)。=lg(l2/l1)(B)實際應(yīng)用貝爾太大，故長取其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10-16W/cm2為標準利用上式計算得到的。二、規(guī)則反射體的回波聲壓實際檢測中常用反射法，反射法是根據(jù)缺陷反射回波聲壓的高低來評價缺陷的大小。然而工件中的缺陷形狀、性質(zhì)各不相同，且目前的檢測技術(shù)還難以確定缺陷的真實大小和形狀?；夭晧合嗤膶嶋H大小可能相差很大，為此特引用當量法。當量法是指在同樣的檢測條件下，當自然缺陷回波與

4、某人工規(guī)則反射體回波等高時，則該人工反射體的尺寸就是此自然缺陷的當量尺寸。自然缺陷的實際尺寸往往大于當量尺寸。超聲波檢測中常用的規(guī)則反射體有平底孔、長橫孔、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波源軸線上的聲壓分布：在連續(xù)簡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)中圓盤源上一點波源ds輻射的球面波在波源軸線上Q點引起的聲壓為：.Pods?/*|、dpsin('tkr)打式中Po波源的起始聲壓，ds點波源的面積，波長，r點波源至Q點的距離；k-波數(shù)，k=?/c=2二/),一圓頻率，？=2：f,t-時間。根據(jù)波

5、的疊加原理，作活塞振動的圓盤波源上各點波源在軸線上Q點引起的聲壓可以線性疊加，所以對整個波源面積進行積分就可以得到波源軸線上的任意一點的聲壓為：PdP=2Fosin(R:x2-x)sin(-kx)?X其聲壓幅值為：P=2PsinCRfX2-x)式中Rs波源半徑；x軸線上Q點至波源的距離。上述聲壓公式比較復雜，使用不便，特作如下簡化：當x_3R；/?(即：R2/2八-：/6)時，根據(jù)sin“T(二很小時)上式可簡化為：22式中Fs波源面積，F(xiàn)s二：Rs-Ds/4（Ds為波源直徑）上式表明，當X-3R：/'時，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

6、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，表面各點聲壓近似相等。根據(jù)書斯自理可以把平底孔當做一個新的圓盤源，具起始聲壓就是入射波在平底孔處的聲壓巳二0S,探頭接收到的平底孔回波聲壓Pf為：XxPxFfPoFsFfpfT2-Ax扎x式中Po探頭波源的起始聲壓；2Fs探頭波源的面積，F(xiàn)sfDs/4;Ff平底孔缺陷的面積，F(xiàn)f5D2/4;波長；x平底孔至波源的距離。由上式可知，當檢測條件（Fs,'）一定時，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。任意兩個距離直徑不同的平底孔回波聲壓之比為：22Hf1Pf1XzDf!Hf2Pf2x2d22二者回波分貝差為：Dfix?-12=201g 401gD f 2X1(1)當Df1=Df2,乂2=為時：: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：."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12dB2.3人平底面回波聲壓如上圖所示，當x_3N時，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，