超聲波檢測基礎(chǔ)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(zhì)，叫超聲場。超聲場擁有必定的空間大小和形狀，只有當(dāng)缺點位于超聲場內(nèi)時，才有可能被發(fā)現(xiàn)。描繪超聲場的特點值（即物理量）主要有聲壓、聲強(qiáng)和聲阻抗。1.1、聲壓

P超聲場中某一點在某一時刻所擁有的壓強(qiáng)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(qiáng)

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(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，就缺點而論，聲壓值反應(yīng)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(zhì)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(qiáng)I單位時間內(nèi)垂直經(jīng)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）。I1Zu21P222Z1.4分貝在生產(chǎn)和科學(xué)實驗中，所碰到的聲強(qiáng)數(shù)目級常常相差懸殊，如惹起聽覺的聲強(qiáng)范圍為10-16~10-4W/cm2，最大值與最小值相差12個數(shù)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(shù)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(shù)后的單位。往慣例定惹起聽覺的最弱聲強(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之比的常用對數(shù)成為聲強(qiáng)級，單位為貝（爾）（B）。=lg(I2/I1)(B)實質(zhì)應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)利用上式計算獲得的。二、規(guī)則反射體的回波聲壓實質(zhì)檢測中常用反射法，反射法是依據(jù)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(zhì)各不相同，且當(dāng)前的檢測技術(shù)還難以確立缺點的真切大小和形狀?；夭晧合嗤膶嵸|(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條件下，當(dāng)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(dāng)量尺寸。自然缺點的實質(zhì)尺寸常常大于當(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、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(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(shù)，k/c2/，——圓頻次，2f，t——時間。依據(jù)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(jìn)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(fù)雜，使用不便，特作以下簡化：當(dāng)x3Rs2/（即Rs2/2x/6）時，依據(jù)sin（很小時）上式可簡化為：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，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(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(dāng)檢測條件(FS,)一準(zhǔn)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(dāng)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(dāng)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