第2講_超聲檢測及參數(shù)測量_1.

1、第第1 1章章 超聲檢測超聲檢測1.3.4.21.3.4.2穿透法探傷穿透法探傷 穿透法又叫透射法，是利用聲波穿過被檢材料或工件后能量（穿透法又叫透射法，是利用聲波穿過被檢材料或工件后能量（或聲壓幅度）的變化來判斷缺陷的有無及其性質(zhì)的。穿透法是超聲或聲壓幅度）的變化來判斷缺陷的有無及其性質(zhì)的。穿透法是超聲波應(yīng)用于無損檢測最早的方法。波應(yīng)用于無損檢測最早的方法。 穿透法探傷采用雙探頭，一個在工件或材料的這面作為發(fā)射裝置穿透法探傷采用雙探頭，一個在工件或材料的這面作為發(fā)射裝置，一個放在另一面（和發(fā)射相對的一面）作為接收裝置，如果材料或，一個放在另一面（和發(fā)射相對的一面）作為接收裝置，如果材料或工件

2、中有缺陷，由接收探頭接收到的能量很小或沒有。其原理如圖所工件中有缺陷，由接收探頭接收到的能量很小或沒有。其原理如圖所示。當(dāng)工件完好時，接收探頭可接收到較強(qiáng)信號。當(dāng)工件有小缺陷時示。當(dāng)工件完好時，接收探頭可接收到較強(qiáng)信號。當(dāng)工件有小缺陷時，部分聲能被反射，接收探頭接收到較弱信號。當(dāng)工件內(nèi)有大缺陷將，部分聲能被反射，接收探頭接收到較弱信號。當(dāng)工件內(nèi)有大缺陷將聲能全部反射時，接收探頭完全接收不到超聲信號。聲能全部反射時，接收探頭完全接收不到超聲信號。 a) a)無缺陷無缺陷 b)b)有小缺陷有小缺陷 c)c)有大缺陷有大缺陷 第第1 1章章 超聲檢測超聲檢測1.3.4.21.3.4.2穿透法探傷穿透

3、法探傷 實現(xiàn)穿透法探傷有連續(xù)波和脈沖波兩種。實際檢測中連續(xù)波用的更實現(xiàn)穿透法探傷有連續(xù)波和脈沖波兩種。實際檢測中連續(xù)波用的更多些。為了排除在試件中可能產(chǎn)生駐波的影響，連續(xù)波采用調(diào)頻波。在多些。為了排除在試件中可能產(chǎn)生駐波的影響，連續(xù)波采用調(diào)頻波。在不可能產(chǎn)生駐波的試件探傷中，連續(xù)波也可采用調(diào)幅被。不可能產(chǎn)生駐波的試件探傷中，連續(xù)波也可采用調(diào)幅被。 在實際工作中，往往會遇到不允許進(jìn)行雙探頭雙面探測的情況，這在實際工作中，往往會遇到不允許進(jìn)行雙探頭雙面探測的情況，這是采用雙探頭單側(cè)穿透法探傷，如圖所示，原理和上面是一樣的，這種是采用雙探頭單側(cè)穿透法探傷，如圖所示，原理和上面是一樣的，這種方法大多適

4、用于帶蒙皮或包覆層的樣品檢驗。方法大多適用于帶蒙皮或包覆層的樣品檢驗。反射式穿透法探傷示意圖反射式穿透法探傷示意圖 213第第1 1章章 超聲檢測超聲檢測1.3.4.21.3.4.2穿透法探傷穿透法探傷 當(dāng)缺陷較小時，即缺陷的大小可與聲波長相比，或還要小，此時在當(dāng)缺陷較小時，即缺陷的大小可與聲波長相比，或還要小，此時在缺陷邊緣會發(fā)生繞射，在缺陷后形成聲影，在缺陷后不同位置的聲影的缺陷邊緣會發(fā)生繞射，在缺陷后形成聲影，在缺陷后不同位置的聲影的形狀是變化的。聲影的形狀基本上有一段是截面不變的，之后是按一定形狀是變化的。聲影的形狀基本上有一段是截面不變的，之后是按一定角度繞射，缺陷距離接收探頭越遠(yuǎn)，

5、對能量遮擋的影響越小。當(dāng)缺陷距角度繞射，缺陷距離接收探頭越遠(yuǎn)，對能量遮擋的影響越小。當(dāng)缺陷距離接收探頭的離接收探頭的 大于大于SHSH時，所接收到的聲能基本上不受缺陷的影響。時，所接收到的聲能基本上不受缺陷的影響。反射式穿透法探傷示意圖反射式穿透法探傷示意圖 2LTRtSHS第第1 1章章 超聲檢測超聲檢測1.3.4.21.3.4.2穿透法探傷穿透法探傷反射式穿透法探傷示意圖反射式穿透法探傷示意圖 2LTRtSHS聲影后截面不變的距離聲影后截面不變的距離tS2224tDrfrSc在在聲影將按一聲影將按一定角度定角度繞射繞射tSsin1.22D22tDrSSctgrctg 在實際探傷中，由于接收

6、探頭距離缺陷越遠(yuǎn)對接收的能量影在實際探傷中，由于接收探頭距離缺陷越遠(yuǎn)對接收的能量影響越小，形成的聲影越小，缺陷越不容易發(fā)現(xiàn)，所以能否探測到響越小，形成的聲影越小，缺陷越不容易發(fā)現(xiàn)，所以能否探測到缺陷，還和缺陷距離接收探頭的距離有關(guān)。缺陷，還和缺陷距離接收探頭的距離有關(guān)。第第1 1章章 超聲檢測超聲檢測1.3.4.21.3.4.2穿透法探傷穿透法探傷穿透法探傷優(yōu)缺點(diǎn)：穿透法探傷優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：幾乎不存在盲區(qū)，幾乎不存在盲區(qū)，聲程衰減小，一般用來檢測對聲波衰減較大的試樣。聲程衰減小，一般用來檢測對聲波衰減較大的試樣。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：不能給出缺陷存在的位置，只能分辨有無缺陷存在。不能給出缺陷存在的位

7、置，只能分辨有無缺陷存在。由于聲波衍射現(xiàn)象的存在，檢測靈敏度低，由于聲波衍射現(xiàn)象的存在，檢測靈敏度低，需要專用探頭夾持裝置以使兩個探頭對準(zhǔn)，操作不便，需要專用探頭夾持裝置以使兩個探頭對準(zhǔn)，操作不便，實際應(yīng)用比較少。實際應(yīng)用比較少。第第1 1章章 超聲檢測超聲檢測1.3.4.3 1.3.4.3 共振法檢測共振法檢測 當(dāng)具有一定波長的聲波在介質(zhì)中傳播遇到界面時聲波的部分或全當(dāng)具有一定波長的聲波在介質(zhì)中傳播遇到界面時聲波的部分或全部要反射回來，行進(jìn)波與反射波同相位疊加的現(xiàn)象叫做共振，利用共部要反射回來，行進(jìn)波與反射波同相位疊加的現(xiàn)象叫做共振，利用共振原理檢驗工件或材料的方法稱為共振法。用頻率連續(xù)可調(diào)

8、的正弦信振原理檢驗工件或材料的方法稱為共振法。用頻率連續(xù)可調(diào)的正弦信號去激勵壓電晶片，經(jīng)過耦合劑把超聲波輻射到工件或材料中，然后號去激勵壓電晶片，經(jīng)過耦合劑把超聲波輻射到工件或材料中，然后調(diào)整發(fā)射頻率，改變其聲波的波長，當(dāng)工件的厚度為超聲波半波長的調(diào)整發(fā)射頻率，改變其聲波的波長，當(dāng)工件的厚度為超聲波半波長的整數(shù)倍時，由于入射波和反射波相位相同其振幅同相疊加，從而在工整數(shù)倍時，由于入射波和反射波相位相同其振幅同相疊加，從而在工件中形成駐波。如果工件中存在較大的缺陷或板的厚度不均勻時，原件中形成駐波。如果工件中存在較大的缺陷或板的厚度不均勻時，原來的厚度是半波長的整數(shù)倍的關(guān)系就不成立，則共振點(diǎn)就偏

9、移或消失，來的厚度是半波長的整數(shù)倍的關(guān)系就不成立，則共振點(diǎn)就偏移或消失，這樣就可以判斷缺陷的存在與否。這樣就可以判斷缺陷的存在與否。問題：問題： 本征值？本征模態(tài)？存在的條件是什么？本征值？本征模態(tài)？存在的條件是什么？第第1 1章章 超聲檢測超聲檢測1.3.4.4 1.3.4.4 表面波探傷表面波探傷 表面波探傷：表面波探傷法是探測材料表面缺陷的一種方法。如表面波探傷：表面波探傷法是探測材料表面缺陷的一種方法。如圖給出聲表面波對裂紋探傷的例子。圖小圖給出聲表面波對裂紋探傷的例子。圖小L,SL,S均為棱角處散射的縱波和均為棱角處散射的縱波和橫波探測脈沖橫波探測脈沖F F1 1、F F2 2對應(yīng)于

10、棱角對應(yīng)于棱角F F1 1和裂紋尖端處和裂紋尖端處F F2 2的反射回波。在已的反射回波。在已知表面波聲速的情況下，利用脈沖反射或頻譜法通過知表面波聲速的情況下，利用脈沖反射或頻譜法通過F F1 1、F F2 2兩個脈沖的兩個脈沖的時差測量，可以測定出裂紋的深度。時差測量，可以測定出裂紋的深度。 注意：表面波探傷是不適合應(yīng)用于液浸表面的探傷。表面粗糙度注意：表面波探傷是不適合應(yīng)用于液浸表面的探傷。表面粗糙度對表面波有明顯的影響，粗糙的表面由于容易發(fā)聲散射而使表面波的對表面波有明顯的影響，粗糙的表面由于容易發(fā)聲散射而使表面波的衰減增大。衰減增大。表面波對表面裂縫的探傷表面波對表面裂縫的探傷 第第

11、1 1章章 超聲檢測超聲檢測1.3.4.5 1.3.4.5 縱波探傷法縱波探傷法 利用縱波進(jìn)行探傷的方法稱為縱波探傷法，一般說直探頭垂直工件表面入利用縱波進(jìn)行探傷的方法稱為縱波探傷法，一般說直探頭垂直工件表面入射的聲波是縱波，所以垂直探傷一般是縱波探傷法。發(fā)射波、缺陷波和底波經(jīng)射的聲波是縱波，所以垂直探傷一般是縱波探傷法。發(fā)射波、缺陷波和底波經(jīng)過放大后在顯示器上。由它們在時間基線上的位置可求出缺陷的位置?？v波脈過放大后在顯示器上。由它們在時間基線上的位置可求出缺陷的位置?？v波脈沖反射法分為一次脈沖反射法和多次脈沖反射法。當(dāng)工件中無缺陷時，顯示器沖反射法分為一次脈沖反射法和多次脈沖反射法。當(dāng)工件

12、中無缺陷時，顯示器上出現(xiàn)指數(shù)曲線遞減的多次反射底波。上出現(xiàn)指數(shù)曲線遞減的多次反射底波。 當(dāng)工件內(nèi)有吸收性缺陷時（如疏松等）時，聲波在缺陷處衰減很大，反射當(dāng)工件內(nèi)有吸收性缺陷時（如疏松等）時，聲波在缺陷處衰減很大，反射底波的次數(shù)減少甚至消失，以此判斷有無缺陷及其嚴(yán)重程度。底波的次數(shù)減少甚至消失，以此判斷有無缺陷及其嚴(yán)重程度。 在縱波探傷中，一般出現(xiàn)底面回波，探傷儀的測量范圍通常調(diào)為至少在熒在縱波探傷中，一般出現(xiàn)底面回波，探傷儀的測量范圍通常調(diào)為至少在熒光屏的時間軸（橫軸）上能顯示光屏的時間軸（橫軸）上能顯示2 2個底波。測量范圍可用個底波。測量范圍可用標(biāo)準(zhǔn)試塊標(biāo)準(zhǔn)試塊或適當(dāng)?shù)膶蜻m當(dāng)?shù)膶Ρ仍噳K來

13、調(diào)整。比試塊來調(diào)整。表面波縱波探傷法的基本原理表面波縱波探傷法的基本原理第第1 1章章 超聲檢測超聲檢測1.3.4.6 1.3.4.6 橫波探傷法橫波探傷法利用橫波進(jìn)行探傷的方法稱為橫波探傷法。利用橫波進(jìn)行探傷的方法稱為橫波探傷法。 主要用于焊縫探傷，因為焊縫表面有加強(qiáng)梁，凸凹不平，不易放主要用于焊縫探傷，因為焊縫表面有加強(qiáng)梁，凸凹不平，不易放置直探頭，加上焊縫中有害缺陷總是垂直于板面，所以一般都采用橫置直探頭，加上焊縫中有害缺陷總是垂直于板面，所以一般都采用橫波探傷法。波探傷法。橫波探傷法基本原理橫波探傷法基本原理 第第1 1章章 超聲檢測超聲檢測1.3.4.7 1.3.4.7 板波探傷板波

14、探傷 在板狀固體媒質(zhì)中傳播的聲波稱為板波。在超聲探傷中所用的板在板狀固體媒質(zhì)中傳播的聲波稱為板波。在超聲探傷中所用的板波是蘭姆波，即在板中傳播的波中含有振動方向與板面垂直的橫波波是蘭姆波，即在板中傳播的波中含有振動方向與板面垂直的橫波（SVSV波）和振動方向與板面平行的縱波。板波按照質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動相對板的波）和振動方向與板面平行的縱波。板波按照質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動相對板的中間層是對稱的，區(qū)分為對稱型（中間層是對稱的，區(qū)分為對稱型（S S型型symmetrysymmetry）或非對稱型（）或非對稱型（A A型型asymmetryasymmetry）。每種型式按不同相速度）。每種型式按不同相速度C CP P再區(qū)分為

15、若干種模式。分別用再區(qū)分為若干種模式。分別用下標(biāo)下標(biāo)0,1,2,0,1,2,表示。不同模式的板波是通過選擇探頭的入射角來產(chǎn)生表示。不同模式的板波是通過選擇探頭的入射角來產(chǎn)生的。激發(fā)方式和表面波類似，采用聲波斜入射到固體介質(zhì)中，入射的的。激發(fā)方式和表面波類似，采用聲波斜入射到固體介質(zhì)中，入射的角度滿足角度滿足 1arcsinpilcc第一種介質(zhì)中的縱波聲速第一種介質(zhì)中的縱波聲速板中所蘭姆波的傳播速度（相速度）板中所蘭姆波的傳播速度（相速度）第第1 1章章 超聲檢測超聲檢測1.3.4.7 1.3.4.7 板波探傷板波探傷利用蘭姆波檢測表層下層狀缺陷利用蘭姆波檢測表層下層狀缺陷 (a)(a)和（和（

16、b b）分別是兩種產(chǎn)生蘭姆波的方法）分別是兩種產(chǎn)生蘭姆波的方法應(yīng)用場合：應(yīng)用場合：1. 層狀缺陷；層狀缺陷；2. 薄板材的探傷。薄板材的探傷。用于縱波探傷形式的檢驗塊的設(shè)計用于縱波探傷形式的檢驗塊的設(shè)計 第第1 1章章 超聲檢測超聲檢測1.3.5 1.3.5 超聲探傷的應(yīng)用超聲探傷的應(yīng)用 探傷在實際中的應(yīng)用舉例：金屬材料，金屬焊縫，陶瓷材料，復(fù)合探傷在實際中的應(yīng)用舉例：金屬材料，金屬焊縫，陶瓷材料，復(fù)合材料，混凝土，塑料。超聲探傷是一種非常有效、應(yīng)用日益廣泛的材料，混凝土，塑料。超聲探傷是一種非常有效、應(yīng)用日益廣泛的無損探傷技術(shù)，目前也已應(yīng)用于核電站、壓力容器以及汽車工業(yè)等無損探傷技術(shù)，目前也

17、已應(yīng)用于核電站、壓力容器以及汽車工業(yè)等各個重要部門。各個重要部門。 國內(nèi)超聲探傷的研究現(xiàn)狀，超聲探傷產(chǎn)品介紹。國內(nèi)超聲探傷的研究現(xiàn)狀，超聲探傷產(chǎn)品介紹。1.1. 武漢科聲技術(shù)公司生產(chǎn)的多通道超聲自動探傷系統(tǒng)以及便攜式數(shù)字武漢科聲技術(shù)公司生產(chǎn)的多通道超聲自動探傷系統(tǒng)以及便攜式數(shù)字化超聲探傷儀。針對不同的用途，分多種型號。（化超聲探傷儀。針對不同的用途，分多種型號。（超聲手冊超聲手冊p472p472）2.2. 廣東省汕頭市超聲儀器研究所研制的廣東省汕頭市超聲儀器研究所研制的CTS-2000CTS-2000筆記本式數(shù)字超聲探筆記本式數(shù)字超聲探傷儀，厚度為傷儀，厚度為5.0cm5.0cm，重量，重量1

18、.6kg1.6kg（帶電池）。（帶電池）。3.3. 江蘇省南通市友聯(lián)智能儀器公司生產(chǎn)的各種型號的數(shù)字超聲探儀，江蘇省南通市友聯(lián)智能儀器公司生產(chǎn)的各種型號的數(shù)字超聲探儀，僅售幾萬元錢。掌上寶型，有很多公司。僅售幾萬元錢。掌上寶型，有很多公司。 第第1 1章章 超聲檢測超聲檢測1.4 1.4 介質(zhì)中聲學(xué)參量的測量介質(zhì)中聲學(xué)參量的測量 聲波在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)中的聲速、聲衰減和聲阻抗等聲學(xué)聲波在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)中的聲速、聲衰減和聲阻抗等聲學(xué)參量和介質(zhì)自身的特性以及它所處的狀態(tài)有關(guān)。例如，介質(zhì)的溫度、參量和介質(zhì)自身的特性以及它所處的狀態(tài)有關(guān)。例如，介質(zhì)的溫度、含濕量不同，其聲速也不相同。所以，往往通

19、過測量該介質(zhì)中的某含濕量不同，其聲速也不相同。所以，往往通過測量該介質(zhì)中的某些聲學(xué)量的變化來分析介質(zhì)的性質(zhì)及其所處的狀態(tài)。這就是說，以些聲學(xué)量的變化來分析介質(zhì)的性質(zhì)及其所處的狀態(tài)。這就是說，以測量介質(zhì)中的聲學(xué)參量為手段測量介質(zhì)中的聲學(xué)參量為手段, ,來達(dá)到分析介質(zhì)的特性，了解其狀態(tài)來達(dá)到分析介質(zhì)的特性，了解其狀態(tài)變化的目的。變化的目的。 本節(jié)重點(diǎn)介紹聲速、衰減和聲阻抗的測量方法，在后面舉例說明本節(jié)重點(diǎn)介紹聲速、衰減和聲阻抗的測量方法，在后面舉例說明這些聲學(xué)量的測量在介質(zhì)特性分析上的應(yīng)用。這些聲學(xué)量的測量在介質(zhì)特性分析上的應(yīng)用。1.4.1 1.4.1 聲速的測量方法聲速的測量方法 聲速是聲波在介

20、質(zhì)中傳播的一個基本的物理量，而且也是最重聲速是聲波在介質(zhì)中傳播的一個基本的物理量，而且也是最重要的一個聲學(xué)量。聲速的測量方法有多種，如共振干涉法、臨界角要的一個聲學(xué)量。聲速的測量方法有多種，如共振干涉法、臨界角法、相位比較法、脈沖法等。法、相位比較法、脈沖法等。 第第1 1章章 超聲檢測超聲檢測1.4.1.11.4.1.1共振干涉法測量聲速共振干涉法測量聲速 共振干涉法是測量介質(zhì)中聲速最常用的方法之一，其原理是通過測定聲共振干涉法是測量介質(zhì)中聲速最常用的方法之一，其原理是通過測定聲波長和頻率求得聲速，即波長和頻率求得聲速，即 。有兩種辦法，一種是采用固定頻率。有兩種辦法，一種是采用固定頻率的聲

21、波，調(diào)整聲在介質(zhì)中的傳播距離，以達(dá)駐波共振狀態(tài)，從而確定波的聲波，調(diào)整聲在介質(zhì)中的傳播距離，以達(dá)駐波共振狀態(tài)，從而確定波長，由上述關(guān)系式求出值，通常把這種改變距離固定頻率的共振干涉法長，由上述關(guān)系式求出值，通常把這種改變距離固定頻率的共振干涉法稱為變程干涉法。另一種是固定傳播距離改變聲波頻率的方法達(dá)到共振稱為變程干涉法。另一種是固定傳播距離改變聲波頻率的方法達(dá)到共振，從而求出聲速，后一種法稱之為定程干涉法。，從而求出聲速，后一種法稱之為定程干涉法。 cf1 1、變程共振干涉法、變程共振干涉法 變程干涉儀主要由一個輻射聲波的換能器和一個反射聲波的反變程干涉儀主要由一個輻射聲波的換能器和一個反射聲

22、波的反射板組成，如圖所示，反射板和換能器之間保持嚴(yán)格平行，并充以射板組成，如圖所示，反射板和換能器之間保持嚴(yán)格平行，并充以待測液體，聲程的改變即是兩者之間距離的改變，依靠與反射板之待測液體，聲程的改變即是兩者之間距離的改變，依靠與反射板之間剛性連接的測微螺旋計精密調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。間剛性連接的測微螺旋計精密調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。第第1 1章章 超聲檢測超聲檢測1.4.1.11.4.1.1共振干涉法測量聲速共振干涉法測量聲速（1 1）變程共振干涉法）變程共振干涉法 變程干涉儀原理圖變程干涉儀原理圖 變程干涉儀電流隨距離變化關(guān)系變程干涉儀電流隨距離變化關(guān)系 2112lln21ll可精確至5/1000mm 2121

23、llfcn第第1 1章章 超聲檢測超聲檢測1.4.1.11.4.1.1共振干涉法測量聲速共振干涉法測量聲速（1 1）變程共振干涉法）變程共振干涉法 待測液體保持恒溫狀態(tài)，避免由于溫度變化引起測量誤差。當(dāng)待測液體保持恒溫狀態(tài)，避免由于溫度變化引起測量誤差。當(dāng)調(diào)節(jié)螺旋計時，反射板也隨之移動，使聲程發(fā)生改變，這時在一系調(diào)節(jié)螺旋計時，反射板也隨之移動，使聲程發(fā)生改變，這時在一系列特定的距離上，介質(zhì)中將會出現(xiàn)駐波共振現(xiàn)象。有反射板時，換列特定的距離上，介質(zhì)中將會出現(xiàn)駐波共振現(xiàn)象。有反射板時，換能器采用收發(fā)兼用的形式。該方法要求反射板和換能器之間嚴(yán)格平能器采用收發(fā)兼用的形式。該方法要求反射板和換能器之間嚴(yán)

24、格平行，測得的電流和距離之間的關(guān)系如圖所示。變程干涉儀由于電路行，測得的電流和距離之間的關(guān)系如圖所示。變程干涉儀由于電路比較簡單，需用的測量介質(zhì)量也比較少，測量精度較高，所以，在比較簡單，需用的測量介質(zhì)量也比較少，測量精度較高，所以，在科學(xué)研究中被廣泛應(yīng)用。但它的機(jī)械裝置比較復(fù)雜，測量比較麻煩，科學(xué)研究中被廣泛應(yīng)用。但它的機(jī)械裝置比較復(fù)雜，測量比較麻煩，所以很難在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。所以很難在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。第第1 1章章 超聲檢測超聲檢測1.4.1.11.4.1.1共振干涉法測量聲速共振干涉法測量聲速（2 2）定程干涉法）定程干涉法 采用固定聲波傳播距離，通過改變超聲頻率來建立駐波共振狀

25、采用固定聲波傳播距離，通過改變超聲頻率來建立駐波共振狀態(tài)，稱為定程共振干涉法。測量原理如圖態(tài)，稱為定程共振干涉法。測量原理如圖 定程干涉儀定程干涉儀 電壓表響應(yīng)電壓表響應(yīng) 1 112nncfl ff112nncfffl第第1 1章章 超聲檢測超聲檢測1.4.1.11.4.1.1共振干涉法測量聲速共振干涉法測量聲速 用變程干涉法測聲速時，其精度可達(dá)用變程干涉法測聲速時，其精度可達(dá) 。而定程干涉法的聲。而定程干涉法的聲速測量精度可達(dá)速測量精度可達(dá) ，比變程干涉法高兩個數(shù)量級，原因在于定程干涉法，比變程干涉法高兩個數(shù)量級，原因在于定程干涉法是改變聲波頻率，用頻率計測量頻率比用測微計測量距離的精度要高

26、的是改變聲波頻率，用頻率計測量頻率比用測微計測量距離的精度要高的多。一般定程干涉儀和變程干涉儀均可適用于流體介質(zhì)。多。一般定程干涉儀和變程干涉儀均可適用于流體介質(zhì)。 而對于固體介質(zhì)，由于改變距離不容易，所以，一般變程干涉儀不而對于固體介質(zhì)，由于改變距離不容易，所以，一般變程干涉儀不大適用，而大多采用改變頻率的定程干涉儀。大適用，而大多采用改變頻率的定程干涉儀。451010710第第1 1章章 超聲檢測超聲檢測1.4.1.2 1.4.1.2 臨界角法測量聲速臨界角法測量聲速 共振干涉法只能測量縱波聲速，而臨界角法共振干涉法只能測量縱波聲速，而臨界角法(或稱全反射法或稱全反射法)既能測量既能測量固

27、體中的縱波聲速，也能測量固體中的橫波聲速。固體中的縱波聲速，也能測量固體中的橫波聲速。臨界角法測聲速示意圖 第一臨界角 arcsin/cc縱液第二臨界角 arcsin/cc液橫如果液體的聲速為已知，則可通過如果液體的聲速為已知，則可通過測量出兩個臨界角的值，分別求出測量出兩個臨界角的值，分別求出聲在固體中傳播的縱波和橫波速度。聲在固體中傳播的縱波和橫波速度。第第1 1章章 超聲檢測超聲檢測1.4.1.2 1.4.1.2 臨界角法測量聲速臨界角法測量聲速 兩個臨界角兩個臨界角 和和 的測量是這樣進(jìn)行的，在改變?nèi)肷浣堑臏y量是這樣進(jìn)行的，在改變?nèi)肷浣?時，達(dá)到第時，達(dá)到第一臨界角一臨界角 時，在時，

28、在A處接收到第一個極大值，而在處接收到第一個極大值，而在 B 處接收到第一個極處接收到第一個極小值。繼續(xù)增大入射角小值。繼續(xù)增大入射角 ，當(dāng)入射角增大到第二臨界角，當(dāng)入射角增大到第二臨界角 時，在時，在A處接處接收到第二個極大值，而在收到第二個極大值，而在B 處接收到第二個極小值。處接收到第二個極小值。sincc液縱sincc液橫 在測試中用脈沖信號而不同連續(xù)波，這樣可以減小干涉的影響。另外，在測試中用脈沖信號而不同連續(xù)波，這樣可以減小干涉的影響。另外，待測樣品一定要做得兩面光滑平行。待測樣品一定要做得兩面光滑平行。 第第1 1章章 超聲檢測超聲檢測1.4.1.3 1.4.1.3 脈沖法測量聲

29、速原理脈沖法測量聲速原理 (a) (a)透射法透射法 （b b）反射法）反射法 脈沖法測量聲速示意圖脈沖法測量聲速示意圖 目前，脈沖法測量聲速是用得最多的一種，原理式子為目前，脈沖法測量聲速是用得最多的一種，原理式子為 ，測，測出聲波傳播的距離和傳播時間，即可求出聲速。它可以是雙探頭透射法測出聲波傳播的距離和傳播時間，即可求出聲速。它可以是雙探頭透射法測量也可以是單探頭反射法進(jìn)行測量。用透射法測量時，一個換能器用作發(fā)量也可以是單探頭反射法進(jìn)行測量。用透射法測量時，一個換能器用作發(fā)射聲波，而另一個換能器安放在被測樣品的另一側(cè)接收經(jīng)介質(zhì)傳播后的聲射聲波，而另一個換能器安放在被測樣品的另一側(cè)接收經(jīng)介

30、質(zhì)傳播后的聲波。反射法由一個換能器收發(fā)兼用。波。反射法由一個換能器收發(fā)兼用。/cl t發(fā)射探頭接收探頭收發(fā)兩用探頭ll 如果采用斜探頭，則可在固體中同時激發(fā)出縱波和橫波，探頭接如果采用斜探頭，則可在固體中同時激發(fā)出縱波和橫波，探頭接收橫波便可測出橫波聲速。收橫波便可測出橫波聲速。第第1 1章章 超聲檢測超聲檢測1.4.1.3 1.4.1.3 脈沖法測量聲速原理脈沖法測量聲速原理 (a) (a)透射法透射法 （b b）反射法）反射法 示波器上接收到的脈沖波形示意圖示波器上接收到的脈沖波形示意圖 把反射和接收脈沖加到示波器上，就可得到如圖把反射和接收脈沖加到示波器上，就可得到如圖所示的波形，顯示所

31、示的波形，顯示出的多個接收脈沖是發(fā)射聲脈沖在試樣的兩個界面來回反射的結(jié)果。每兩出的多個接收脈沖是發(fā)射聲脈沖在試樣的兩個界面來回反射的結(jié)果。每兩個相鄰的接收脈沖之間，聲波往一返在介質(zhì)中走過了個相鄰的接收脈沖之間，聲波往一返在介質(zhì)中走過了 的距離，若能測出的距離，若能測出走過這段距離所用的時間走過這段距離所用的時間 ，就能求出，就能求出 ，在介質(zhì)中聲傳播的時間，在介質(zhì)中聲傳播的時間的測量方法很多，下面分別介紹幾種聲傳播時間的測量方法。的測量方法很多，下面分別介紹幾種聲傳播時間的測量方法。發(fā)收收收收收收收收收收收2lt2 /cl t第第1 1章章 超聲檢測超聲檢測1.4.1.3 1.4.1.3 脈沖

32、法測量聲速原理（脈沖法測量聲速原理（1 1）脈沖回鳴法脈沖回鳴法測量聲傳播時間原理測量聲傳播時間原理 回鳴法測量原理圖回鳴法測量原理圖 脈沖回鳴法又稱脈沖循環(huán)法，是脈沖回鳴法又稱脈沖循環(huán)法，是2020世紀(jì)世紀(jì)5050年代發(fā)展起來的一種測量年代發(fā)展起來的一種測量介質(zhì)聲速的方法。回鳴法測量原理如圖所示介質(zhì)聲速的方法?；伉Q法測量原理如圖所示計數(shù)器發(fā)生器接收器整形鑒別發(fā)射探頭接收探頭l計數(shù)器發(fā)生器接收器整形鑒別發(fā)射探頭接收探頭ll/cl Tl f 第第1 1章章 超聲檢測超聲檢測1.4.1.3 1.4.1.3 脈沖法測量聲速原理（脈沖法測量聲速原理（1 1）脈沖回鳴法測量聲傳播時間原理脈沖回鳴法測量聲

33、傳播時間原理 回鳴法測量原理圖回鳴法測量原理圖計數(shù)器發(fā)生器接收器整形鑒別發(fā)射探頭接收探頭l 無論是測量傳播時間法測量時間或是回鳴法測量時間，都有一個無論是測量傳播時間法測量時間或是回鳴法測量時間，都有一個測時誤測時誤差問題差問題。這個時間誤差主要來源于電路的時延，連接電纜的時延，聲波透過。這個時間誤差主要來源于電路的時延，連接電纜的時延，聲波透過耦合層和探頭面的時延等額外時延所造成的，所以，在測時時可通過相應(yīng)的耦合層和探頭面的時延等額外時延所造成的，所以，在測時時可通過相應(yīng)的方式加以修正方式加以修正第第1 1章章 超聲檢測超聲檢測（2 2）脈沖回波疊加法原理）脈沖回波疊加法原理 脈沖回波疊加法

34、的原理，若采用脈沖回波疊加法的原理，若采用反射法時反射法時，把聲發(fā)射的周期調(diào)到近似，把聲發(fā)射的周期調(diào)到近似地等于聲波在試樣中往返傳播兩次所需的時間，當(dāng)介質(zhì)的衰系數(shù)不太大時，地等于聲波在試樣中往返傳播兩次所需的時間，當(dāng)介質(zhì)的衰系數(shù)不太大時，則第一次反射的聲波的多次反射回波尚沒有全部衰減完，第二次發(fā)射的聲則第一次反射的聲波的多次反射回波尚沒有全部衰減完，第二次發(fā)射的聲波又開始，這樣在被測介質(zhì)中同時存在多次反射的聲波及其回波，這引起波又開始，這樣在被測介質(zhì)中同時存在多次反射的聲波及其回波，這引起波在探頭上相互疊加，如果波在探頭上相互疊加，如果調(diào)節(jié)發(fā)射的重復(fù)頻率調(diào)節(jié)發(fā)射的重復(fù)頻率，使得同時到達(dá)探頭上的

35、，使得同時到達(dá)探頭上的多次回波的相位恰好相同，這些回波在探頭上疊加，達(dá)到振幅最大。多次回波的相位恰好相同，這些回波在探頭上疊加，達(dá)到振幅最大。第第1 1章章 超聲檢測超聲檢測1.4.1.3 1.4.1.3 脈沖法測量聲速原理脈沖法測量聲速原理（2 2）脈沖回波疊加法原理）脈沖回波疊加法原理 這個重復(fù)頻率稱這個重復(fù)頻率稱“共振頻率共振頻率”通過對這個通過對這個“共振頻率共振頻率” 或周期或周期 的測量便可求出聲速的測量便可求出聲速 ?！肮舱耦l率共振頻率”時周期等時周期等于聲波在介質(zhì)中往返兩次的傳播時間。于聲波在介質(zhì)中往返兩次的傳播時間。脈沖回波疊加法原理脈沖回波疊加法原理fTc2 /2cl Tl

36、 f發(fā)射探頭接收探頭收發(fā)兩用探頭l第第1 1章章 超聲檢測超聲檢測1.4.1.3 1.4.1.3 脈沖法測量聲速原理脈沖法測量聲速原理cfcsinc液縱csinc液橫Ltc縱還有其他方法嗎？還有其他方法嗎？第第1 1章章 超聲檢測超聲檢測1.4.2 1.4.2 超聲測量聲衰減超聲測量聲衰減 當(dāng)聲波在介質(zhì)中傳播時，由于聲束擴(kuò)散，散射以及吸收當(dāng)聲波在介質(zhì)中傳播時，由于聲束擴(kuò)散，散射以及吸收等原因而造成聲能降低而產(chǎn)生衰減，這三種衰減隨頻率變化等原因而造成聲能降低而產(chǎn)生衰減，這三種衰減隨頻率變化的規(guī)律是各不相同的，如果選擇適當(dāng)?shù)念l率，一定介質(zhì)的某的規(guī)律是各不相同的，如果選擇適當(dāng)?shù)念l率，一定介質(zhì)的某種衰減就可被突現(xiàn)出來，測量介質(zhì)的聲衰減是分析和了解介種衰減就可被突現(xiàn)出來，測量介質(zhì)的聲衰減是分析和了解介質(zhì)特性的有效方法之一質(zhì)特性的有效方法之一, ,要準(zhǔn)確測量出介質(zhì)中的聲衰減是比較要準(zhǔn)確測量出介質(zhì)中的聲衰減是比較困難的。下面介紹幾種測量聲衰減系數(shù)的方法。困難的。下面介紹幾種測量聲衰減系數(shù)的方法。 在平面行波場中，聲壓的幅度可