第7講-超聲波探測

第7講-超聲波探測第一頁，共36頁。超聲波是彈性介質中的一種機械波。人耳能聽到的聲音范圍在20Hz--20000Hz，這一范圍的聲音頻率稱為音頻，低于20Hz的聲音叫次聲，高于20000Hz的聲音稱為超聲，正常的人聽不見超聲和次聲。第1節(jié)超聲波方法原理一、超聲波第二頁，共36頁。二、基本參量描述超聲波波動特性的基本物理量有：聲速c、頻率f、波長λ、周期T、角頻率ω。其中頻率和周期是由波源決定的，聲速與傳聲介質的特性和波型有關。第三頁，共36頁。三、超聲波分類第四頁，共36頁。

1）超聲波的波型超聲波的波型是介質質點的振動方向與波的傳播方向的關系。按波型可分為縱波、橫波、表面波和板波等第五頁，共36頁。

板波（蘭姆波）：在板厚和波長相當?shù)膹椥员“逯袀鞑サ某暡?。板波傳播時聲場遍及整個板的厚度。薄板兩表面質點的振動為縱波和橫波的組合，質點振動的軌跡為一橢圓，在薄板的中間也有超聲波傳播。板波按其傳播方式又可分為對稱型（S型）和非對稱型（A型）兩種，這是由質點相對于板的中間層作對稱型還是非對稱型運動來決定的。第六頁，共36頁。(a)對稱型；(b)非對稱型第七頁，共36頁。

2)超聲波的波形根據(jù)波陣面的形狀(波形)，可將超聲波分為平面波、柱面波和球面波等。將同一時刻介質中振動相位相同的所有質點所連成的面稱為波陣面平面波即波陣面為平面的波，而柱面波的波陣面為同軸圓柱面，球面波的波陣面為同心球面。第八頁，共36頁。波線、波前與波陣面(a)平面波；(b)柱面波；(c)球面波第九頁，共36頁。

3）連續(xù)波與脈沖波連續(xù)波是介質中各質點振動時間為無窮時的波。脈沖波是質點振動時間很短的波，超聲檢測中最常用的是脈沖波。第十頁，共36頁。四、介質的聲參量

1）聲速表示聲波在介質中傳播的速度，它與超聲波的波型有關，但更依賴于傳聲介質自身的特性。是一個表征介質聲學特性的參量。材料的聲速，對于缺陷的定位和定量分析有重要的意義。第十一頁，共36頁。

2）聲衰減系數(shù)超聲波的衰減指的是超聲波在材料中傳播時，聲壓或聲能隨距離的增大逐漸減小的現(xiàn)象。引起衰減的原因主要有三個方面：一是聲束的擴散；二是由于材料中的晶?；蚱渌⑿☆w粒引起聲波的散射；三是介質的吸收。第十二頁，共36頁。

介質中超聲波的衰減系數(shù)α與超聲波的頻率關系密切，通常情況下，衰減系數(shù)隨頻率的增高而增大。單位為dB／mm(分貝／毫米)。第十三頁，共36頁。超聲波在介質中的傳播特性

1.超聲波垂直入射到平界面上的反射和透射當超聲波垂直入射到兩種介質的界面時，一部分能量透過界面進入第二種介質，成為透射波(聲強為It)，波的傳播方向不變；另一部分能量則被界面反射回來，沿與入射波相反的方向傳播，成為反射波(聲強為Ir)。聲波的這一性質是超聲波檢測缺陷的物理基礎。第十四頁，共36頁。超聲波垂直入射于平界面的反射與透射第十五頁，共36頁。

通常將反射波聲壓Pr與入射波聲壓P0的比值稱為聲壓反射率r，將透射波聲壓Pt和P0的比值稱為聲壓透射率t。Z1為第一種介質的聲阻抗；

Z2為第二種介質的聲阻抗。第十六頁，共36頁。

為了研究反射波和透射波的能量關系，引入聲強反射率R和聲強透射率T兩個量。R為反射波聲強(Ir)和入射波聲強(I0)之比；T為透射波聲強(It)和入射波聲強(I0)之比。第十七頁，共36頁。兩次穿透界面時透射率的大小，決定著接收信號的強弱。因此，將聲壓沿相反方向兩次穿過界面時總的透射率稱為聲壓往返透過率(tp)，其數(shù)值等于兩次穿透界面的透射率的乘積第十八頁，共36頁。第十九頁，共36頁。五、超聲波檢測方法

1.超聲檢測設備和器材超聲檢測設備和器材包括超聲波檢測儀、探頭、試塊、耦合劑和機械掃查裝置等。超聲檢測儀和探頭對超聲檢測系統(tǒng)的性能起著關鍵性的作用，是產(chǎn)生超聲波并對經(jīng)材料中傳播后的超聲波信號進行接收、處理、顯示的部分。第二十頁，共36頁。第二十一頁，共36頁。

2.超聲波探頭（1）超聲波探頭的作用。超聲波探頭用于實現(xiàn)聲能和電能的互相轉換。它是利用壓電晶體的正、逆壓電效應進行換能的。（2）常用超聲波探頭的類型。最常用的是接觸式縱波直探頭、接觸式橫波斜探頭、雙晶探頭、水浸探頭與聚焦探頭等。第二十二頁，共36頁。(a)縱波直探頭；(b)橫波斜探頭；(c)雙晶探頭第二十三頁，共36頁。第2節(jié)鉆孔灌注樁質量檢測24第二十四頁，共36頁。聲測管布置示意圖25第二十五頁，共36頁。聲測管安裝示意圖26第二十六頁，共36頁。缺陷范圍的確定（一）27第二十七頁，共36頁。缺陷范圍的確定（二）28第二十八頁，共36頁。檢測要點：

考慮聲測管壁和水對聲時的延遲。

發(fā)射與接收換能器同步移動，移距250-400mm。

隨機抽取10-20%的測點復測29第二十九頁，共36頁。缺陷判定：概率判據(jù)(一)：1.聲時平均值與聲時2倍標準差之和2.聲幅(以dB為單位)平均值減去6dB。30第三十頁，共36頁。缺陷判定：概率判據(jù)(二)：3.復測聲時相對標準差應小于5%

復測聲幅相對標準差應小于10%相對標準差：4.也可按混凝土不密實區(qū)的缺陷判定方法判定。31第三十一頁，共36頁。缺陷判定：斜率法聲時深度曲線（t-h曲線）上斜率與相鄰測點聲時的乘積（相當于相鄰測點的聲時差的平方與測點移距之比）