超声波检测基础知识

超声波检测基础知识超声场特性值与规则反射体日勺回波声压

一、超声场的特性值布满超声波的空间或超声振动所波及的部分介质，叫超声场超声场具有一定的空间大小和形状，只有当缺陷位于超声场内时，才有也许被发现描述超声场的I特性值即物理量重要有声压、声强和声阻抗

1.1＞声压P超声场中某一点在某一时刻所具有日勺压强P1与没有超声波存在时日勺静态压强P0之差，称为该点的声压，用P表达「P=P R声压单位帕斯卡Pa、微帕斯卡|iPa超声检测仪器显示的信号幅度值日勺本质就是声压P,示波屏上日勺波高与声压成正比在超声检测中，就缺陷而论，声压值反映缺陷时大小

1.

2、声阻抗Z超声场中任一点口勺声压与该处质点振动速度之比成为声阻抗，常用Z表达〃〃Z=P/=pci/i/=pc声阻抗的单位为克/厘米2•秒g/cm2-s或公斤/米2・秒kg/m2・s

1.3声强I单位时间内垂直通过单位面积的声能称为声强，常用I表达单位是瓦/厘米2W/cm2或焦耳/厘米2•秒J/cm2-s o71721---------I――£u=22Z1-4分贝在生产和科学实验中，所遇到的声强数量级往往相差悬殊，如引起听觉的声强范畴为10-16-10-4W/cm2,最大值与最小值相差12个数量级显然采用绝对值来度量是不以便啊，但如果对其比值相对量取对数来比较计算则可大大简化运算分贝就是两个同量纲的量之比取对数后的单位一般规定引起听觉的I最弱声强为11=10-16W/cm2作为声强的J原则，另一声强I2与原则声强11之比时常用对数成为声强级，单位为贝尔B△=lgI2/Il B实际应用贝尔太大，故长取其1/10即分贝dB来作单位A=101gI2/Il=201gP2/Pl dB一般说某处H勺噪声为多少多少分贝，就是以10T6W/cm2为原则运用上式计算得到H勺

二、规则反射体的回波声压实际检测中常用反射法，反射法是根据缺陷反射回波声压H勺高下来评价缺陷H勺大小然而工件中的缺陷形状、性质各不相似，且目前日勺检测技术还难以拟定缺陷的真实大小和形状回波声压相似的实际大小也许相差很大，为此特引用当量法当量法是指在同样的检测条件下,当自然缺陷回波与某人工规则反射体回波等高时，则该人工反射体的尺寸就是此自然缺陷日勺当量尺寸自然缺陷的实际尺寸往往大于当量尺寸超声波检测中常用的规则反射体有平底孔、长横孔、短横孔、球孔和大平面等，下面分别讨论以上反射体中常见的I规则反射体H勺回波声压

2.1圆盘波源辐射的纵波声场波源轴线上的声压分布在持续简谐纵波且不考虑介质衰减的条件下，如下图所示的液体介质中圆盘源上一点波源ds辐射的球面波在波源轴线上Q点引起的声压为d=4^sin（-女r）Ar式中P.——波源日勺起始声压，d——点波源的面积，2——波长，r——点波源至Qs点日勺距离;波数，k=colc=2TT/,co----------------圆频率，co=,t---------时间根据波的叠加原理，作活塞振动H勺圆盘波源上各点波源在轴线上Q点引起H勺声压可以线性叠加，因此对整个波源面积进行积分就可以得到波源轴线上的任意一点日勺声压为吟亚+2）（））P=[[dP=2P°s x-x sma t-kx其声压幅值为P=2）sin三/_%）式中——波源半径;x——轴线上Q点至波源日勺距离上述声压公式比较复杂，使用不便，特作如下简化:当（即冰/2双4〃/6）时，根据sin6^6（很小时）上式可简化为:於、P〜P R；_P°F AxAx、式中F——波源面积，尸”做二冠）；/4（2为波源直径）上式表白，当x23R；/2时，圆盘轴线上的声压与距离成反比，与波源面积成正比

2.2平底孔回波声压如图所示在x23N的圆盘波源轴线上存在一平底孔（圆片形）缺陷，设波束轴线垂直于平底孔，超声波在平底孔上全反射，平底孔直径较小，表面各点声压近似相等根据惠更斯原理可以把平底孔当做一种新的圆盘源，其起始声压就是入射波在平底孔处的声压，探头接受到日勺平底孔回波声压号为:』P P.F Ffs f式中P.——探头波源日勺起始声压;F——探头波源的面积，％=

①^/4;sF——平底孔缺陷的面积，Ff=7iD）/4；fA——波长；x——平底孔至波源的距离由上式可知，当检测条件（尼,2）一定期，平底孔缺陷的I回波声压或波高与平底孔面积成正比，与距离平方成反比任意两个距离直径不同的平底孔回波声压之比为用二二制外1Pfl两者回波分贝差为△%=201g柒=401g普也

（1）当Dfi=D,x=x时:f22i△i2等于12dB,这阐明平底孔直径一定，距离增长一倍，其回波下降12dB门,2D=2D时:等于12dB,这阐明平底孔距离一定，直径增长一倍，其回波升高12dB

2.3大平底面回波声压如上图所示，当时，超声波在与波束轴线垂直、表面光洁的大平底面上日勺反射就是球面波在平面上的反射，其回波声压心为:PB=5£L2AJC由上式可知当检测条件（尸,㈤一定期，大平底面日勺回波声压与距离成反比两个不同距离的大平底回波分贝差为:…eM当々=2%时△口等于6dB这阐明大平底面距离增长一倍，其回波下降6dB。