超聲波檢測(cè)基礎(chǔ)知識(shí)

超聲波檢測(cè)基礎(chǔ)知識(shí)超聲場(chǎng)特點(diǎn)值與規(guī)則反射體的回波聲壓一、超聲場(chǎng)的特點(diǎn)值充滿超聲波的空間或超聲振動(dòng)所波及的部分介質(zhì)，叫超聲場(chǎng)。超聲場(chǎng)擁有必定的空間大小和形狀，只有當(dāng)缺點(diǎn)位于超聲場(chǎng)內(nèi)時(shí)，才有可能被發(fā)現(xiàn)。描繪超聲場(chǎng)的特點(diǎn)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)刻所擁有的壓強(qiáng)為該點(diǎn)的聲壓，用P表示。

P1

與沒(méi)有超聲波存在時(shí)的靜態(tài)壓強(qiáng)

P0

之差，稱PPP10聲壓?jiǎn)挝唬号了箍ǎ≒a）、微帕斯卡（μPa）超聲檢測(cè)儀器顯示的信號(hào)幅度值的實(shí)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，就缺點(diǎn)而論，聲壓值反應(yīng)缺點(diǎn)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)速度之比成為聲阻抗，常用

Z表示。ZP/ucu/uc聲阻抗的單位為克/厘米2·秒（g/cm2·s）或千克/米2·秒（kg/m2·s）1.3聲強(qiáng)I單位時(shí)間內(nèi)垂直經(jīng)過(guò)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）。I1Zu21P222Z1.4分貝在生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，所碰到的聲強(qiáng)數(shù)目級(jí)常常相差懸殊，如惹起聽(tīng)覺(jué)的聲強(qiáng)范圍為10-16~10-4W/cm2，最大值與最小值相差12個(gè)數(shù)目級(jí)。明顯采納絕對(duì)值來(lái)胸懷是不方便的，但假如對(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。往慣例定惹起聽(tīng)覺(jué)的最弱聲強(qiáng)為I1=10-16W/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(I2/I1)(B)實(shí)質(zhì)應(yīng)用貝爾太大，故長(zhǎng)取其1/10即分貝（dB）來(lái)作單位：=10lg(I2/I1)=20lg(P2/P1)（dB）往常說(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)算獲得的。二、規(guī)則反射體的回波聲壓實(shí)質(zhì)檢測(cè)中常用反射法，反射法是依據(jù)缺點(diǎn)反射回波聲壓的高低來(lái)評(píng)論缺點(diǎn)的大小。但是工件中的缺點(diǎn)形狀、性質(zhì)各不相同，且當(dāng)前的檢測(cè)技術(shù)還難以確立缺點(diǎn)的真切大小和形狀?；夭晧合嗤膶?shí)質(zhì)大小可能相差很大，為此特引用當(dāng)量法。當(dāng)量法是指在相同的檢測(cè)條件下，當(dāng)自然缺點(diǎn)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點(diǎn)的當(dāng)量尺寸。自然缺點(diǎn)的實(shí)質(zhì)尺寸常常大于當(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、論以上反射體中常有的規(guī)則反射體的回波聲壓。2.1圓盤波源輻射的縱波聲場(chǎng)

球孔和大平面等，下邊分別討波源軸線上的聲壓散布：在連續(xù)簡(jiǎn)諧縱波且不考慮介質(zhì)衰減的條件下，以下列圖所示的液體介質(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)惹起的聲壓為：dpP0dssin(tkr)r式中P0——波源的開端聲壓，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/c2/，——圓頻次，2f，t——時(shí)間。依據(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)惹起的聲壓能夠線性疊加，因此對(duì)整個(gè)波源面積進(jìn)行積分就能夠獲得波源軸線上的隨意一點(diǎn)的聲壓為：PdP2P0sin(Rs2x2x)sin(tkx)x其聲壓幅值為：P2P0sin(Rs2x2x)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，特作以下簡(jiǎn)化：當(dāng)x3Rs2/（即Rs2/2x/6）時(shí)，依據(jù)sin（很小時(shí)）上式可簡(jiǎn)化為：PP0RS2P0Fsxx式中Fs——波源面積，F(xiàn)sRs2Ds2/4（Ds為波源直徑）上式表示，當(dāng)x3Rs2/時(shí)，圓盤軸線上的聲壓與距離成反比，與波源面積成正比。2.2平底孔回波聲壓以下圖在x3N的圓盤波源軸線上存在一平底孔（圓片形）缺點(diǎn)，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。依據(jù)惠更斯原理能夠把平底孔當(dāng)做一個(gè)新的圓盤源，其開端聲壓就是入射波在平底孔處的聲壓PxP0FS，探頭接收到的平底孔回波聲壓Pf為：xPfPxFfP0FSFfx2x2式中

P0——探頭波源的開端聲壓；FS——探頭波源的面積，

FS

DS2

/4；Ff

——平底孔缺點(diǎn)的面積，

Ff

D2f

/4；——波長(zhǎng)；——平底孔至波源的距離。由上式可知，當(dāng)檢測(cè)條件(FS,)一準(zhǔn)時(shí)，平底孔缺點(diǎn)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。隨意兩個(gè)距離直徑不一樣的平底孔回波聲壓之比為：Hf1Pf1x22D2f1Hf2Pf2x12D2f2兩者回波分貝差為：Pf140lgDf1x21220lgDf2x1Pf2（1）當(dāng)Df1Df2，x2x1時(shí)：12等于12dB，這說(shuō)明平底孔直徑必定，距離增添一倍，其回波降落12dB。（2）Df12Df2，x2x1時(shí)：12等于12dB，這說(shuō)明平底孔距離必定，直徑增添一倍，其回波高升12dB。2.3大平底面回波聲壓如上圖所示，當(dāng)x3N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，其回波聲壓PB為：PB

P0FS2x由上