第三章超聲波發(fā)射聲場(chǎng)與規(guī)則反射體分回波聲壓

1、 主要內(nèi)容： 縱波發(fā)射聲場(chǎng) 橫波發(fā)射聲場(chǎng) 規(guī)則反射體的回波聲壓 AVG曲線 超聲波探頭（波源）發(fā)射的超聲場(chǎng)具有特殊的結(jié)構(gòu)。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)。 由于液體介質(zhì)中的聲壓可以進(jìn)行線性疊加，并且測(cè)試比較方便。因此對(duì)聲場(chǎng)的理論分析研究常常從液體介質(zhì)入手，然后在一定條件下過(guò)渡到固體介質(zhì)。一、圓盤(pán)波源輻射的縱波聲場(chǎng)1.波源軸線上聲壓分布xQXYZoxFPsP0P 波源軸線上任意一點(diǎn)聲壓；P0 波源的起始聲壓；FS 波源面積；Rs 波源半徑 波長(zhǎng)；x 軸線上Q點(diǎn)至波源的距離。圓盤(pán)源軸線上的聲壓與距離成反比，與波源面積成正比。23sRx 近場(chǎng)區(qū)：波源附近由于波的干涉而出現(xiàn)一系列聲壓極大極小

2、值的區(qū)域，稱為超聲場(chǎng)的近場(chǎng)區(qū)。近場(chǎng)區(qū)聲壓分布不均勻,容易引起誤判，甚至漏檢，所以，應(yīng)盡量避免近場(chǎng)區(qū)檢測(cè)。 波源軸線上最后一個(gè)聲壓極大值至波源的距離稱為近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度,用N表示.P/P0N3N6N0.5NX 近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度與波源面積成正比，與波長(zhǎng)成反比。 在近場(chǎng)區(qū)檢測(cè)定量是不利的，處于聲壓極小值處的較大缺陷回波可能較低，而處于聲壓極大值處的較小缺陷回波可能較高，這樣就容易引起誤判，甚至漏檢， 應(yīng)盡可能避免在近場(chǎng)區(qū)檢測(cè)。cfFFRDDNSssss222244 遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū) 波源軸線上至波源的距離大于N的區(qū)域稱為遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)。 遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)軸線上的聲壓隨距離增加單調(diào)減小； 當(dāng)x3N時(shí)，聲壓與距離成反比，近似球面波的規(guī)律。這是

3、因?yàn)榫嚯x足夠大時(shí)，波源各點(diǎn)至軸線上某一點(diǎn)的波程差很小，引起的相位差也很小，這樣干涉現(xiàn)象可略去不計(jì)。所以遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)軸線上不會(huì)出現(xiàn)聲壓極大極小值。 超聲場(chǎng)橫截面的聲壓分布： 在xN的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)，軸線上的聲壓最高，偏離中心聲壓逐漸降低，而且，分布完全對(duì)稱。 實(shí)際檢測(cè)中，橫波斜探頭K值和探頭聲束軸線的偏離的測(cè)定，規(guī)定要在2N以外進(jìn)行就是這個(gè)原因。N/2N3N6N 波束指向性和半擴(kuò)散角 至波源充分遠(yuǎn)處任意一點(diǎn)的聲壓，如圖所示xP(r,)XYZoP(r,0) 波束指向性)0Y3.83 指向性系數(shù)：DC 波源前充分遠(yuǎn)處任意一點(diǎn)的聲壓P(r,)與波源軸線上同距離處聲壓P(r,0)之比。)0 ,(),(rPrPDc)0

4、 ,(),(rPrPDc1、DC1 說(shuō)明超聲場(chǎng)中至波源充分遠(yuǎn)處同一橫截面上各點(diǎn)的聲壓不同，以軸線上的聲壓最高。實(shí)際探傷中，只有當(dāng)聲束軸線垂直于缺陷時(shí)，缺陷回波最高就是這個(gè)原因。2、半擴(kuò)散角半擴(kuò)散角0 0 園盤(pán)源輻射的縱波聲場(chǎng)的第一零值發(fā)散角。 3、當(dāng)0時(shí)，|DC|b的區(qū)域稱為擴(kuò)散區(qū)，擴(kuò)散區(qū)內(nèi)波束擴(kuò)散，存在擴(kuò)散衰減。例題: 計(jì)算2.5P20縱波直探頭探測(cè)鋼工件時(shí)的近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度N、半擴(kuò)散角0和未擴(kuò)散區(qū)長(zhǎng)度b。解：由題意f=2.5MHz,Ds=20mm,CL=5900m/s 且 =CL/f 近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度： 半擴(kuò)散角： 未擴(kuò)散區(qū)長(zhǎng)度：)(4 .421059004105 . 2204436222mmcfDD

5、NLss26. 8105 . 220105900707070630fDCDsLs)( 5 .694 .4264. 164. 1mmNb例題: 計(jì)算2.5MHz，20縱波直探頭（2.5P20）探測(cè)鋼工件時(shí)的近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度N、半擴(kuò)散角0和未擴(kuò)散區(qū)長(zhǎng)度b。yxQz2a2br)0 矩形波源作活塞振動(dòng)時(shí)，在液體介質(zhì)中輻射的縱波聲場(chǎng)同樣存在近場(chǎng)區(qū)和未擴(kuò)散角等。與圓盤(pán)波源輻射的縱波聲場(chǎng)基本類似。 設(shè)矩形波源的長(zhǎng)邊為2a，寬邊為2b。因?yàn)槌暡z測(cè)主要在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)，主要考慮在3N以外矩形波源與圓盤(pán)波源的相同處與不同處。波束軸線上的聲壓: r3N時(shí)，式中： Fs 矩形波源的面積，F(xiàn)=4ab 矩形波源的近場(chǎng)區(qū)的長(zhǎng)度：矩形

6、波源輻射的主聲束為四棱錐形，如下圖所示 rFPPs/0sFN X方向的半擴(kuò)散角為： Y方向的半擴(kuò)散角為： 矩形波源輻射的縱波聲場(chǎng)與圓盤(pán)波源輻射的聲場(chǎng)不同，矩形波源有兩個(gè)半擴(kuò)散角，其聲場(chǎng)橫截面為矩形。 aa2572arcsin00aa2572arcsin00bb2572arcsin00 公式 只適用均勻介質(zhì)。實(shí)際檢測(cè)中，有時(shí)近場(chǎng)區(qū)分布在兩種不同的介質(zhì)中，如圖所示的水浸檢測(cè)，超聲波是先進(jìn)入水，然后再進(jìn)入鋼中。4/2sDN 當(dāng)水層厚度較小時(shí)，近場(chǎng)區(qū)就會(huì)分布在水、鋼兩種介質(zhì)中，設(shè)水層厚度為，則鋼中剩余近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度為 式中 N2 只有介質(zhì)時(shí)，鋼中近場(chǎng)長(zhǎng)度； C1介質(zhì)水中波速； C2介質(zhì)鋼中波速； 2介質(zhì)鋼

7、中波長(zhǎng)。21222124ccLDccLNNs例：用2.5MHz，直徑14mm縱波直探頭水浸探傷鋼板，已知水層厚度為20mm，鋼中縱波聲速5900m/s，水中縱波聲速1480m/s，求鋼中近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度N。解： 鋼中縱波波長(zhǎng) （mm） 鋼中近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度： （mm）36. 25 . 29 . 52fC7 .15590014802036. 24141442122ccLDNs 以上討論的是液體介質(zhì)，波源作活塞振動(dòng)，輻射連續(xù)波等理想條件下的聲場(chǎng)，簡(jiǎn)稱理想聲場(chǎng)。實(shí)際檢測(cè)往往是固體介質(zhì)，波源非均勻激發(fā)，輻射脈沖波聲場(chǎng)，簡(jiǎn)稱實(shí)際聲場(chǎng)。它與理想聲場(chǎng)是不完全相同的。 由圖可知，實(shí)際聲場(chǎng)與理想聲場(chǎng)在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)軸線上聲壓分布基

8、本一致。這是因?yàn)椋?dāng)至波源的距離足夠遠(yuǎn)時(shí)，波源各點(diǎn)至軸線上某點(diǎn)的波程明顯減少，從而使波的干涉大大減弱，甚至不產(chǎn)生干涉。 但在近場(chǎng)區(qū)內(nèi)，實(shí)際聲場(chǎng)與理想聲場(chǎng)存在明顯區(qū)別。理想聲場(chǎng)軸線上聲壓存在一系列極大極小值，且極大值為2P0，極小值為零。實(shí)際聲場(chǎng)軸線上聲壓雖然也存在極大極小值，但波動(dòng)幅度小，極大值遠(yuǎn)小于2P0。極小值也遠(yuǎn)大于零，同時(shí)極值點(diǎn)的數(shù)量明顯減少。這可從以下幾方面來(lái)分析其原因。 （1）近場(chǎng)區(qū)出現(xiàn)聲壓極值點(diǎn)是由于波的干涉造成的。理想聲場(chǎng)是連續(xù)波，波源各點(diǎn)輻射的聲波在聲場(chǎng)中某點(diǎn)產(chǎn)生完全干涉。實(shí)際聲場(chǎng)是脈沖波，脈沖波持續(xù)時(shí)間很短，波源各點(diǎn)輻射的聲波在聲場(chǎng)中某點(diǎn)產(chǎn)生不完全干涉或不產(chǎn)生干涉。從而使實(shí)

9、際聲場(chǎng)近場(chǎng)區(qū)軸線上聲壓變化幅度小于理想聲場(chǎng)，極值點(diǎn)減少。 （2）實(shí)際聲場(chǎng)的波源是非均勻激發(fā)，波源中心振幅大，邊緣振幅小。由于波源邊緣引起的波程差較大，對(duì)干涉影響也較大。因此這種非均勻激發(fā)的實(shí)際波源產(chǎn)生的干涉要小于均勻激發(fā)的理想波源。（3）理想聲場(chǎng)是針對(duì)液體介質(zhì)而言的，而實(shí)際檢測(cè)對(duì)象往往是固體介質(zhì)。在液體介質(zhì)中，液體內(nèi)某點(diǎn)的壓強(qiáng)在各個(gè)方向上的大小是相同的。波源各點(diǎn)在液體中某點(diǎn)引起的聲壓可視為同方向而進(jìn)行線形疊加。在固體介質(zhì)中，波源某點(diǎn)在固體中某點(diǎn)引起的聲壓方向在二者連線上。對(duì)于波源軸線上的點(diǎn)，由于對(duì)稱性，使垂直于軸線方向的聲壓分量互相抵消，使軸線方向的聲壓分量互相疊加。顯然這種疊加干涉要小于液體

10、介質(zhì)中的疊加干涉，這也是實(shí)際聲場(chǎng)近場(chǎng)區(qū)軸線上聲壓分布較均勻的一個(gè)原因。序序號(hào)號(hào)實(shí)實(shí) 際際 聲聲 場(chǎng)場(chǎng)理理 想想 聲聲 場(chǎng)場(chǎng)1 1差差異異固體介質(zhì)固體介質(zhì) 聲壓不能線性疊加聲壓不能線性疊加液體介質(zhì)液體介質(zhì) 聲壓可進(jìn)行線性疊加聲壓可進(jìn)行線性疊加脈沖波非均勻激發(fā)脈沖波非均勻激發(fā)連續(xù)波均勻激發(fā)連續(xù)波均勻激發(fā)不完全干涉或不干涉不完全干涉或不干涉完全干涉、干涉大完全干涉、干涉大頻率不是單一的頻率不是單一的頻率單一頻率單一衰減系數(shù)衰減系數(shù)00衰減系數(shù)衰減系數(shù)=0=02 2N N極值點(diǎn)少極值點(diǎn)少極值點(diǎn)多極值點(diǎn)多極大值極大值2P2P0 0；極小值；極小值0 0P Pmaxmax=2P=2P0 0；Pminmin

11、=0=0波動(dòng)幅度小波動(dòng)幅度小波動(dòng)幅度大波動(dòng)幅度大3 3N N軸線上聲壓?jiǎn)握{(diào)減小軸線上聲壓?jiǎn)握{(diào)減小 4 43N3N軸線上的聲壓軸線上的聲壓 P=PP=P0 0F/X F/X 擴(kuò)散角：擴(kuò)散角： 0=sin=sin-1-11.22/D 1.22/D 指向性：實(shí)際聲場(chǎng)的波束指向性比理想聲場(chǎng)波束指向性更好，波指向性：實(shí)際聲場(chǎng)的波束指向性比理想聲場(chǎng)波束指向性更好，波束更集中束更集中近場(chǎng)長(zhǎng)度：近場(chǎng)長(zhǎng)度：N=DN=D2 2/4 /4 未擴(kuò)散區(qū)：未擴(kuò)散區(qū)：b=1.64N b=1.64N 一、假想橫波波源橫波波源 目前常用的橫波探頭，是使縱波傾斜入射到界面上，通過(guò)波型轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)橫波檢測(cè)的。當(dāng)L=時(shí)，縱波全反射，第

12、二介質(zhì)中只有折射橫波。 橫波探頭輻射的聲場(chǎng)由第一介質(zhì)中的縱波聲場(chǎng)與第二介質(zhì)中的橫波聲場(chǎng)兩部分組成，兩部分聲場(chǎng)是折斷的，如下圖所示，為了便于理解計(jì)算，特將第一介質(zhì)中的縱波波源轉(zhuǎn)換為軸線與第二介質(zhì)中橫波波束軸線重合的假想橫波波源，這時(shí)整個(gè)聲場(chǎng)可視為由假想橫波波源輻射出來(lái)的連續(xù)的橫波聲場(chǎng)。 當(dāng)實(shí)際波源為圓形時(shí)，其假想橫波波源為橢圓形，橢圓的長(zhǎng)軸等于實(shí)際波源的直徑，短軸為: 式中 縱波折射角； 橫波入射角。coscosssDD二、橫波聲場(chǎng)的結(jié)構(gòu)二、橫波聲場(chǎng)的結(jié)構(gòu) 1.橫波軸線上的聲壓 橫波聲場(chǎng)同縱波聲場(chǎng)一樣，由于波的干涉存在近場(chǎng)區(qū)和遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)。當(dāng)x3N時(shí)，橫波聲場(chǎng)波束軸線上的聲壓為 式中 K 系數(shù)； FS

13、 波源的面積； S2 第二介質(zhì)中橫波波長(zhǎng)； x 軸線上某點(diǎn)至假想波源的距離。 由以上公式可知，橫波聲場(chǎng)中，當(dāng)x3N時(shí)，波束軸線上的聲壓與波源面積成正比，與至假想波源的距離成反比，類似縱波聲場(chǎng)。coscos2xKFPsS2.近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度 橫波聲場(chǎng)近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度為 式中 N近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度，由假想波源算起 由以上公式可知，橫波聲場(chǎng)的近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度和縱波聲場(chǎng)一樣，與波長(zhǎng)成反比，與波源面積成正比。coscos2sSFN 橫波聲場(chǎng)中，第二介質(zhì)中的近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度為 式中 FS波源的面積； S2第二介質(zhì)中橫波波長(zhǎng)； L1入射點(diǎn)至波源的距離； L2 入射點(diǎn)至假想波源的距離。tantancoscos122LFLNNsS 我國(guó)橫波探

14、頭常采用K值（K=tan）來(lái)表示橫波折射角的大小，常用值為1.0、1.5、2.0和2.5等。為了便于計(jì)算近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度，在第介質(zhì)為有機(jī)玻璃;第二介質(zhì)為鋼的探頭,特將K與cos/cos 、tan/tan的關(guān)系列于表2.2。k值1.01.52.02.5 Cos/ cos0.880.780.680.6 tan/tan0.750.660.580.5例1，試計(jì)算2.5MHZ、1416方晶片K1.0(2.5P1416K1)和K2.0(2.5P1416K2)橫波探頭的近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度。（鋼中CS2=3230m/s）解： 由上式計(jì)算表明，橫波探頭晶片尺寸一定，K值增大，近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度將減小。)(29. 1105 . 210

15、32306322mmfCss)(7 .4888. 029. 114. 31614coscos)(12111mmabKNs)(7 .3768. 029. 114. 31614coscos)(22222mmabKNs例2，試計(jì)算2.5MHZ、1012mm方晶片K2.0橫波探頭，有機(jī)玻璃中入射點(diǎn)至晶片的距離為12mm，求此探頭在鋼中的近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度。（鋼中CS2=3230m/s）解： tantancoscos12LabNs58. 01268. 029. 114. 31210mm13)(29. 1105 . 21032306322mmfCss半擴(kuò)散角 從假想橫波聲源輻射的橫波聲束同縱波聲場(chǎng)一樣，具有良好的

16、指向性，可以在被檢材料中定向輻射，只是聲束的對(duì)稱性與縱波聲場(chǎng)有所不同，如下圖所示。（1）縱波斜入射在第二介質(zhì)中產(chǎn)生橫波聲場(chǎng)，其聲束不再對(duì)稱于聲束軸線，而存在兩個(gè)半擴(kuò)散角，其中上半擴(kuò)散角上大于聲束下半擴(kuò)散角下（2）橫波垂直入射時(shí)，其聲束對(duì)稱于軸線，這時(shí)半擴(kuò)散角可按下式計(jì)算。 對(duì)于圓片形聲源： 對(duì)于矩形正方形聲源： 由公式可以看出，在其他條件相同時(shí)，橫波聲束的指向性比縱波好，橫波能量更集中一些。因?yàn)闄M波波長(zhǎng)比縱波短。SSSSDD2207022. 1arcsinaaSS2572arcsin220 前面討論的是超聲波發(fā)射聲場(chǎng)中的聲壓分布情況，實(shí)際檢測(cè)中常用反射法。反射法是根據(jù)缺陷反射波聲壓的高低來(lái)評(píng)價(jià)

17、缺陷的大小。然而工件中的缺陷形狀性質(zhì)各不相同，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。反射波聲壓相同的缺陷的實(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)自然缺陷反射波與某人工規(guī)則反射體回波等高時(shí)，則該人工規(guī)則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。一、規(guī)則反射體的反射波聲壓公式一、規(guī)則反射體的反射波聲壓公式 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、球孔和大平底面等，下面分別討論以上各種規(guī)則反射體的回波聲壓。1.平底孔回波聲壓平底孔回波聲壓 在X3N的圓盤(pán)波源軸線上存在一平底孔缺陷，設(shè)波束軸線垂直于平底孔，超聲波在

18、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)作一個(gè)新的圓盤(pán)源，其起始聲壓就是入射波在平底孔處的聲壓 xFPPxS0 平底孔反射波聲壓 式中 P0波源的起始聲壓； FS波源的面積， Ff 平底孔缺陷的面積； 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。 220 xFFPxFPPfSfxf任意兩個(gè)距離直徑不同的平底孔反射波聲壓之比為：二者回波分貝差為： 當(dāng)Df1=Df2，X2=2X1時(shí) , 這說(shuō)明平底孔直徑一定，距離增加一倍，其回波下降12db。2221212221

19、21ffffffDxDxPPHH1221211240lg20 xDxDPPffff)(122lg40)/lg(40)/lg(20212121dBxxPPff當(dāng)X2=X1 ,Df1=2Df2，時(shí) ,這說(shuō)明平底孔距離一定，直徑增加一倍，其回波升高12db )(122lg40)/lg(40)/lg(20212112dBDDPPffff2.長(zhǎng)橫孔回波聲壓長(zhǎng)橫孔回波聲壓 當(dāng)x3N，超聲波垂直入射， 全反射，長(zhǎng)橫孔直徑較小，長(zhǎng)度大于波束截面尺寸時(shí)，超聲波在長(zhǎng)橫孔表面的反射就類似于球面波在柱面鏡上的反射。 長(zhǎng)橫孔回波聲壓 式中 Df 長(zhǎng)橫孔的直徑。 由上式可知，當(dāng)探測(cè)條件（ FS ， ）一定時(shí)，長(zhǎng)橫孔回波聲

20、壓與長(zhǎng)橫孔的直徑平方根成正比，與距離的二分之三次方成反比。 xDxFPPfSf220任意兩個(gè)距離、直徑不同的長(zhǎng)橫孔回波分貝差為： 當(dāng)Df1=Df2，X2=2X1時(shí) , 這說(shuō)明:長(zhǎng)橫孔直徑一定，距離增加一倍，其回波下降9db。312321211210lg20 xDxDPPffff)(92lg30)/lg(30)/lg(20212121dBxxPPff當(dāng)X2=X1 ,Df1=2Df2，時(shí) , 這說(shuō)明：長(zhǎng)橫孔距離一定，直徑增加一倍，其回波升高3 db)(32lg10)/lg(10)/lg(20212112dBDDPPffff短橫孔回波聲壓短橫孔回波聲壓 短橫孔是長(zhǎng)度明顯小于波束截面尺寸的橫孔，設(shè)短橫

21、孔直徑為Df，長(zhǎng)度為L(zhǎng)f。當(dāng)X3N時(shí)，超聲波在短橫孔上的反射回波聲壓為： LfxDsDf 由上式可知，當(dāng)探測(cè)條件（ FS ， ）一定時(shí)，短橫孔回波聲壓與短橫孔的長(zhǎng)度成正比，與直徑的平方根成正比，與距離的平方成反比。ffSfDxlxFPP20 任意兩個(gè)距離、長(zhǎng)度和直徑不同的短橫孔回波分貝差為： 當(dāng)Df1=Df2，Lf1=Lf2,X2=2X1時(shí) , 這說(shuō)明短橫孔直徑和長(zhǎng)度一定，距離增加一倍，其回波下降12db，與平底孔變化規(guī)律相同。21414222212112lg10lg20ffffffDDxxllPP)(122lg40)/lg(40)/lg(20122112dBxxPPff當(dāng)X2=X1 ,Df1

22、=Df2，Lf1=2Lf2時(shí) , 這說(shuō)明短橫孔直徑和距離一定，長(zhǎng)度增加一倍，其回波上升6db。（3）當(dāng)X2=X1 ,Df1=2Df2，Lf1=Lf2時(shí) , 這說(shuō)明短橫孔長(zhǎng)度和距離一定，直徑增加一倍，其回波升高3 db)(62lg20)/lg(20)/lg(20212112dBllPPffff)(32lg10)/lg(10)/lg(20212112dBDDPPffff大平底面回波聲壓大平底面回波聲壓 當(dāng)X3N時(shí)，超聲波在與波束垂直、表面光潔的大平底面上的反射就是球面波在大平面上的反射，其回波聲壓為: 由上式可知，當(dāng)檢測(cè)條件（ FS ， ） ）一定時(shí)，大平底面回波聲壓與距離成反比。 xFPPSB2

23、0兩個(gè)不同距離的大平底面回波分貝差為： 當(dāng)X2=2X1 時(shí)這說(shuō)明大平底面距離增加一倍，其回波下降6db。122112lg20lg20 xxPPBB)(62lg20)/lg(20)/lg(20122112dBxxPPBB 球孔回波聲壓 設(shè)球孔直徑為Df,超聲波垂直入射，全反射， Df足夠小。Dfx 當(dāng)X3N時(shí)，超聲波在球孔上的反射就類似于球面波在球面上的反射，其回波聲壓為: 由上式可知，當(dāng)探測(cè)條件（Fs，）一定時(shí)，球孔回波聲壓與距離的平方成反比，與球孔直徑成正比。 204 xDFPPfSf 任意兩個(gè)直徑、距離不同的球孔的回波分貝差為： （1）當(dāng)Df1=Df2,x2=2x1時(shí)， 這說(shuō)明球孔直徑一定

24、，距離增加一倍，其回波下降12 dB，與平底孔變化規(guī)律相同。2122212112lg20lg20 xDxDPPffffdBxxPPff12)/lg(40)/lg(20122112（2）當(dāng)Df1=2Df2,x2=x1時(shí)， 這說(shuō)明球孔距離不變，直徑增加一倍，其回波上升6 dBdBDDPPffff6)/lg(20)/lg(20212112實(shí)心圓柱體曲底面回波聲壓 這說(shuō)明實(shí)心圓柱體反射波聲壓與大平底面回波聲壓相同?？招膱A柱體曲底面回波聲壓-外柱面徑向探傷 上式說(shuō)明外圓檢測(cè)空心圓柱體，其回波聲壓低于同距離大平底面回波聲壓。因?yàn)橥怪娣瓷洳òl(fā)散。xFPBsP20DdxFPPSB20空心圓柱體曲底面回波聲壓

25、-內(nèi)柱面徑向探傷 上式說(shuō)明內(nèi)孔檢測(cè)圓柱體，其回波聲壓大于同距離大平底回波聲壓。因?yàn)榘贾娣瓷洳ň劢埂?dDxFPPSB20 以上各種規(guī)則反射體的反射波聲壓公式均未考慮介質(zhì)衰減，如果考慮介質(zhì)衰減，則所有公式均應(yīng)增加式中：x 反射體至探頭的距離，x 3N a 介質(zhì)單程衰減系數(shù)，dB/mm68. 82axe AVG 曲線是描述規(guī)則反射體的距離A、反射波高度V及當(dāng)量大小G之間關(guān)系的曲線。A、V、G是德文距離、增益和大小的字頭縮寫(xiě)。英文縮寫(xiě)為DGS。AVG曲線可用于對(duì)缺陷定量和靈敏度調(diào)整。 AVG曲線有多種類型，據(jù)通用性分為通用AVG和實(shí)用AVG；據(jù)波型不同分為縱波AVG和橫波AVG；據(jù)反射體不同分為平

26、底孔AVG和橫孔AVG等。 下面以縱波平底孔為例來(lái)說(shuō)明AVG曲線的原理和繪制方法。一、縱波平底孔AVG曲線 1、通用AVG曲線適用于所有縱波探頭 當(dāng)X3N，不考慮介質(zhì)衰減時(shí)，大平底面與平底孔回波聲壓為 當(dāng)儀器的垂直線性良好時(shí)，示波屏上波高與聲壓成正比。xFPPSB20220 xFFPPfSfxFPPHHSBB2002200 xFFPPHHfSff為了簡(jiǎn)化計(jì)算，對(duì)上式進(jìn)行歸一化處理。令 ， ，并代入上式得若用dB表示波高，則有 式中 A歸一化距離； G歸一化缺陷當(dāng)量大小； V1底波與始波高dB差； V2平底孔回波與始波高dB差。SFxNxASfSfFFDDGAPPHHBB20022200AGPP

27、HHffAHHVB2/lg20)/lg(2001AGHHVf/lg40)/lg(2002 縱波平底孔通用AVG曲線 B1B2B3 在A3的區(qū)域內(nèi)，由于理論公式不適用，因此該區(qū)域的曲線一般不繪出或由實(shí)測(cè)得到。 由平底孔缺陷通用AVG曲線可見(jiàn)，當(dāng)A1時(shí)，由于波的干涉，使平底孔回波聲壓趨于復(fù)雜化，出現(xiàn)極大極小值。但對(duì)于大平底而言，其回波幾乎不隨距離變化，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)的入射波可視為平面波的一部分，平均聲壓為常數(shù)。 通用AVG曲線由于采用了歸一化距離和歸一化缺陷當(dāng)量大小，因此通用性好，適用不同規(guī)格的探頭。 通用AVG曲線可以用來(lái)調(diào)整檢測(cè)靈敏度和對(duì)缺陷進(jìn)行定量。 通用AVG曲線雖然通用性好，但使用中要進(jìn)行

28、歸一化換算，不大方便，為此引入了適用于特定探頭的專用AVG曲線，常稱實(shí)用AVG曲線。 2、實(shí)用AVG曲線 以橫坐標(biāo)表示實(shí)際聲程，縱坐標(biāo)表示規(guī)則反射體相對(duì)波高，用來(lái)描述距離、波幅、當(dāng)量大小之間的關(guān)系曲線，稱為實(shí)用AVG曲線，下圖為平底孔實(shí)用AVG曲線 實(shí)用AVG曲線可由以下公式得到。不同距離的大平底反射波dB差不同距離的不同大小平底孔反射波dB差同距離的大平底與平底孔反射波dB差1221lg20lg20 xxPPBB122121lg40lg20 xDxDPPffff22lg20lg20ffBDxPP 用以上公式計(jì)算繪制實(shí)用AVG曲線時(shí)，要統(tǒng)一靈敏度基準(zhǔn)。例如上圖 是x=750mm，2平底孔為0dB。 實(shí)用AVG曲線中X3N部分，可由理論公式計(jì)算得到，還可由實(shí)測(cè)CS-試塊得到或由通用AVG曲線進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到，但x3N的區(qū)域只能通過(guò)實(shí)測(cè)得到。 例：晶片直徑D=20mm，頻率2.5MHZ縱波直探頭，利用公式繪制鋼中的實(shí)用AVG曲線。解：（1）首先要確定一個(gè)統(tǒng)一的靈敏度基準(zhǔn)。 例如確定的基準(zhǔn)為x=750mm時(shí)，2平底孔的回波高度為0dB (2) 計(jì)算不同距離處同一大小平底孔的回波dB差 根據(jù) 此時(shí)Df1=Df2,則有， 把X2750mm代入，分別計(jì)算X1=100,200,.對(duì)