超聲波檢測(cè)基礎(chǔ)知識(shí)

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(mǎn)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(méi)有超聲波存在時(shí)的靜態(tài)壓強(qiáng)P0之差，稱(chēng)為該點(diǎn)的聲壓，用P表示。P=RP)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Z超聲場(chǎng)中任一點(diǎn)的聲壓與該處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)

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(qiáng)I單位時(shí)間內(nèi)垂直通過(guò)單位面積的聲能稱(chēng)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(tīng)覺(jué)的聲強(qiáng)范圍為10-1610-4W/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(lái)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(lái)比較計(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(tīng)覺(jué)的最弱聲強(qiáng)為11=10-16W/c

3、m2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(lái)作單位：=10lg(12/I1)=20lg(P2/P1)(dB)通常說(shuō)某處的噪聲為多少多少分貝，就是以10-16W/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(lái)評(píng)價(jià)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(cè)技術(shù)還難以確定缺陷的真實(shí)大小和形狀。回波聲壓相同的實(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

4、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(jiàn)的規(guī)則反射體的回波聲壓。2.1 圓盤(pán)波源輻射的縱波聲場(chǎng)波源軸線(xiàn)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(pán)源上一點(diǎn)波源ds輻射的球面波在波源軸線(xiàn)上Q點(diǎn)引起的聲壓為：.Pods?/*|、dpsin('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/),一圓頻率，？=2：f,t-時(shí)間。根據(jù)波

5、的疊加原理，作活塞振動(dòng)的圓盤(pán)波源上各點(diǎn)波源在軸線(xiàn)上Q點(diǎn)引起的聲壓可以線(xiàn)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(xiàn)上的任意一點(diǎn)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(xiàn)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：R2/2八-：/6)時(shí)，根據(jù)sin“T(二很小時(shí))上式可簡(jiǎn)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(dāng)X-3R：/'時(shí)，圓盤(pán)軸線(xiàn)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(pán)波源軸線(xiàn)上

6、存在一平底孔（圓片形）缺陷，設(shè)波束軸線(xiàn)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)書(shū)斯自理可以把平底孔當(dāng)做一個(gè)新的圓盤(pán)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(zhǎng)；x平底孔至波源的距離。由上式可知，當(dāng)檢測(cè)條件（Fs,'）一定時(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：22Hf1Pf1XzDf!Hf2Pf2x2d22二者回波分貝差為：Dfix?-12=201g 401gD f 2X1(1)當(dāng)Df1=Df2,乂2=為時(shí)：:12等于12dB,這說(shuō)明平底孔直徑一定，距離增加一倍，其回波下降12dB(2) D門(mén)=2Df2,X2=xi時(shí)：."i2等于12dB,這說(shuō)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(dāng)x_3N時(shí)，超聲波在與波束軸線(xiàn)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，