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文檔簡介
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(dāng)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(qiáng)和聲阻抗。1.1 、聲壓P超聲場中某一點(diǎn)在某一時刻所具有的壓強(qiáng)P1與沒有超聲波存在時的靜態(tài)壓強(qiáng)P0之差,稱為該點(diǎn)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(diǎn)的聲壓與該處質(zhì)點(diǎn)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(qiáng)I單位時間內(nèi)垂直通過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)。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)量級往往相差懸殊,如引起聽覺的聲強(qiáng)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(yùn)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(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之比的常用對數(shù)成為聲強(qiáng)級,單位為貝(爾)(B)。=lg(l2/l1)(B)實(shí)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(biāo)準(zhǔn)利用上式計算得到的。二、規(guī)則反射體的回波聲壓實(shí)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(shí)大小和形狀?;夭晧合嗤膶?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,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(diǎn)波源ds輻射的球面波在波源軸線上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,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-時間。根據(jù)波
5、的疊加原理,作活塞振動的圓盤波源上各點(diǎn)波源在軸線上Q點(diǎn)引起的聲壓可以線性疊加,所以對整個波源面積進(jìn)行積分就可以得到波源軸線上的任意一點(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,特作如下簡化:當(dāng)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(dāng)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(diǎn)聲壓近似相等。根據(jù)書斯自理可以把平底孔當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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,
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