超声波检测技术的基本概念(5)

2019-04-23 13:20

垂直方向上也会产生横向应变,它们之间的比率称为泊松比,这是材料的物理特性之一),它们之间存在不同的关系式,利用这些关系式,在测定了声速并已知其中另一参数时,即可计算得到其他的参数。

利用超声波的速度变化特性,可以应用于许多领域的测量,并已经成为声学测量技术中的主要测量方法,例如通过超声波速度的测量确定液体的粘度η:根据切变声阻抗Z与(η·ρ)1/2(η为液体的粘度,ρ为液体的密度)存在正比关系,而声阻抗Z=ρ·C,因此通过测量声速并确定了液体的密度后,即可确定液体的密度。又例如通过时间差异与多普勒技术对超声波速度测量的超声流量计,能够实现对金属、塑料或水泥管道中的所有类型的液体,包括水、液压油、冷冻剂、石油产品以及许多其他液体的流速、流量、水平高度、浓度、密度以及热能等流体物理特性的测量。利用超声波速度与介质温度之间的关系,还可以实现对介质温度的测量。利用超声波速度与传声介质组分的关系,可以用于对液体、气体的成分分析等等。 §1-1-3-7超声波的谐振特性

超声波是一种机械振动波,同频率、同波型的超声波在传声介质中如果反射波与入射波方向相反相遇时,就有可能因为相互干涉而形成驻波,这是在空间分布固定的周期波,其特点是具有在空间固定的波节(此处声场特性为零)或波腹(此处声场特性为极大值),它是局限于某区域而不向外传播的波动现象,波腹和波节的位置不随时间变化,振动的能量也不随时间逐点传播。

利用驻波现象,可以利用超声波谐振仪把频率可调的超声波(主要利用纵波)入射到被检工件中,当超声波与工件的固有频率发生频率共振时,相向传播的入射波与反射波互相叠加形成驻波,即纵波垂直入射的厚度共振,可以应用于工件测厚:

如图1-1-11所示,试样厚度为d,在其中传播的超声波波长为λ,则在发生谐振时得到:d=λ1/2=2λ2/2=3λ3/2=...=n·λn/2,式中n为任意正整数,亦即此时被检工件的厚度等于

图1-1-11试件中的驻波

谐振超声波半波长的整数倍。

当试件材料的超声波速C为已知时,根据声速、波长和频率的关系式:C=λ·f,可以得到在厚度共振时的超声波频率:fn=C/λn=n·C/2d,当n=1时,f1=C/2d,这f1就是厚度共振的基频,由于任何两个相邻谐波的频率之差等于基频,则有:fn-fn-1=nf1-(n-1)f1=f1,因此可以利用谐振仪确定厚度共振时两个相邻谐波的频率,则工件厚度为:d=C/[2(fn-fn-1)],或者在两个不相邻谐波的频率分别为fm和fn时,由于:fm-fn=(m-n)f1,因此d=(m-n)·C/[2(fm-fn)]。

在胶接结构和复合材料的超声波检测中,也常利用超声波的谐振特性检测胶接质量。


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