超聲波檢測基礎知識

超聲波檢測基礎知識超聲場特點值與規(guī)則反射體的回波聲壓一、超聲場的特點值充滿超聲波的空間或超聲振動所波及的部分介質，叫超聲場。超聲場擁有必定的空間大小和形狀，只有當缺點位于超聲場內時，才有可能被發(fā)現。描繪超聲場的特點值（即物理量）主要有聲壓、聲強和聲阻抗。1.1、聲壓

P超聲場中某一點在某一時刻所擁有的壓強為該點的聲壓，用P表示。

P1

與沒有超聲波存在時的靜態(tài)壓強

P0

之差，稱PPP10聲壓單位：帕斯卡（Pa）、微帕斯卡（μPa）超聲檢測儀器顯示的信號幅度值的實質就是聲壓

P，示波屏上的波高與聲壓成正比。

在超聲檢測中，就缺點而論，聲壓值反應缺點的大小。1.2、聲阻抗

Z超聲場中任一點的聲壓與該處質點振動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I單位時間內垂直經過單位面積的聲能稱為聲強，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分貝在生產和科學實驗中，所碰到的聲強數目級常常相差懸殊，如惹起聽覺的聲強范圍為10-16~10-4W/cm2，最大值與最小值相差12個數目級。明顯采納絕對值來胸懷是不方便的，但假如對其比值（相對量）取對數來比較計算則可大大簡化運算。分貝就是兩個同量綱的量之比取對數后的單位。往慣例定惹起聽覺的最弱聲強為I1=10-16W/cm2作為聲強的標準，另一聲強I2與標準聲強I1之比的常用對數成為聲強級，單位為貝（爾）（B）。=lg(I2/I1)(B)實質應用貝爾太大，故長取其1/10即分貝（dB）來作單位：=10lg(I2/I1)=20lg(P2/P1)（dB）往常說某處的噪聲為多少多少分貝，就是以10-16W/cm2為標準利用上式計算獲得的。二、規(guī)則反射體的回波聲壓實質檢測中常用反射法，反射法是依據缺點反射回波聲壓的高低來評論缺點的大小。但是工件中的缺點形狀、性質各不相同，且當前的檢測技術還難以確立缺點的真切大小和形狀。回波聲壓相同的實質大小可能相差很大，為此特引用當量法。當量法是指在相同的檢測條件下，當自然缺點回波與某人工規(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點的當量尺寸。自然缺點的實質尺寸常常大于當量尺寸。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、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

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)簡諧縱波且不考慮介質衰減的條件下，以下列圖所示的液體介質中圓盤源上一點波源ds輻射的球面波在波源軸線上Q點惹起的聲壓為：dpP0dssin(tkr)r式中P0——波源的開端聲壓，ds——點波源的面積，——波長，r——點波源至Q點的距離；k——波數，k/c2/，——圓頻次，2f，t——時間。依據波的疊加原理，作活塞振動的圓盤波源上各點波源在軸線上Q點惹起的聲壓能夠線性疊加，因此對整個波源面積進行積分就能夠獲得波源軸線上的隨意一點的聲壓為：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點至波源的距離。上述聲壓公式比較復雜，使用不便，特作以下簡化：當x3Rs2/（即Rs2/2x/6）時，依據sin（很小時）上式可簡化為：PP0RS2P0Fsxx式中Fs——波源面積，FsRs2Ds2/4（Ds為波源直徑）上式表示，當x3Rs2/時，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，設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，表面各點聲壓近似相等。依據惠更斯原理能夠把平底孔當做一個新的圓盤源，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

——平底孔缺點的面積，

Ff

D2f

/4；——波長；——平底孔至波源的距離。由上式可知，當檢測條件(FS,)一準時，平底孔缺點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Df1Df2，x2x1時：12等于12dB，這說明平底孔直徑必定，距離增添一倍，其回波降落12dB。（2）Df12Df2，x2x1時：12等于12dB，這說明平底孔距離必定，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x3N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，其回波聲壓PB為：PB

P0FS2x由上