【正文】 頭透聲 層 的延時 ?固定 不固定 閾值 誤差 (2)自動增益控制，監(jiān)視接收信號幅度，使幅度一樣高。 a b c d e f 延時 T 發(fā)射 回波 重復(fù)周期 46 減小觸發(fā)延時的措施 : (1)使 接收信號的頻率高、 增益高（ 幅度高 ）、 觸發(fā)電平低 。 精確 、 常用 的 ： 時標(biāo)脈沖計數(shù)測量聲時 。 工作原理 超聲波透過一定長度的媒質(zhì)所需的時間 為 傳 播 時間 T (簡稱聲時 )。 45 167。 透射法 反射法 t 1tt 1t 2t2t212 Lctt? ?212 Lt t Tc? ? ? 透射法 反射法 縱 橫 T:傳播時間，有多種方法測量。 T:聲時 44 167。 聲速 里薩如圖形 ，改變信號 發(fā)生器的頻率使波形不變， 從頻率變化的大小就可以知道聲速變化的大小 。 a. 當(dāng) 由 里 薩如 圖 形 重復(fù)出現(xiàn)一次，說明 相位差 改變 。 較 法 觀察 里薩如圖形 進(jìn)行測量。 167。 特點 : 反射法：可測量衰減大的固體，可一面磨光，調(diào)節(jié)麻煩（收、發(fā)同調(diào)）。 c液 0? 縱0?橫 c橫c縱（ 1）反射法 ：在 A處接收， 接受信號第一次出現(xiàn)極大值 ??接受信號第二次出現(xiàn)極大值 （ 2）透射法 ：在 B處接收， 接受信號第一次出現(xiàn)極小值 ??接受信號第二次出現(xiàn)極小值 ?? 0縱?? 0縱?? 0橫?? 0橫方法 ? 兩種方法 可采用脈沖波，也可采用連續(xù)波。 臨 界角法 c液 ： 液體聲速 ； c縱 ： 固體縱波 聲 速 ； c橫 ： 橫波 聲 速 。 167。 0Z0fLZ41 2 . 定程干涉儀 （用于固體） 傳輸線方程： 0LZ ? ()SLZZ0 SZ j Z t g kL?共振條件 ： 2nLn??調(diào)節(jié) f 0ZSZLZL 原理：調(diào)節(jié) 從 0 ，電壓極大，基頻共振。 加工精度要求高，測量較費時，很難適于工業(yè) 生產(chǎn)流程上應(yīng)用。 對 衰減比較大的媒質(zhì)也能測量。 40 1. 變程超聲干涉儀 原理：由傳輸線方程 或 情況 LSZZ始端 ： 共振條件： 反共振條件 ： 2nLn??( 2 1 ) 4nLn ??? 0Z0Z極大 極小 頻率 一定 ， 一定 ， 調(diào)整傳播距離 L， 達(dá)到共振 , i 有極大值。 涉 法 原理 ： 測定聲波波長 和頻率 來 ， 求聲速 。 167。 主要誤差來源，減小溫度影響 的幾種措施。 1. 壓電材料及壓電效應(yīng) ； 2. 壓電晶 體 等效電路及 幾個主要參數(shù)； 3. 探 頭 的 種類； 4. 直探 頭、 斜探 頭、 彎曲振動型換能器 ； 第二章 超聲波換能器 39 第三章 聲速、衰減和聲阻抗的 測 量及其在媒 質(zhì) 特性分析上的 應(yīng) 用 超聲量和媒質(zhì)的特性及狀態(tài)等有關(guān) . 本章的重點 :掌握 聲速 測 量 的幾種 方法 、 兩種聲速連續(xù)測量的脈沖方法 。 167。 Vi V c r R V+ C1 C2 R R1 R2 r 時間 （ 4）放大器保證具有足夠的穩(wěn)定性 。 聲時 t1 聲時 t2 誤差 t?增益大 增益小 閾值 閾值 第一周期 第二周期 閾值 閾值 無自動增益 有自動增益 距離 距離 按指數(shù)衰減 167。 （ 3）當(dāng)媒質(zhì)衰減較大或所測的距離遠(yuǎn)近變化很大時，應(yīng)有自動距離增益補(bǔ)償電路。 脈沖放大器問題： － （ － ） 167。 未充分放大時最好先甄去噪音。 并聯(lián)限幅電路 串聯(lián)限幅電路 u + （ ＋ ） 作用： 將接收換能器輸出的較小的電信號進(jìn)行充分放大。 接收 電 路 保證波形不失真 ：接收換能器應(yīng)選用機(jī)械 Q值較低的材料，電路 Q值也應(yīng)低些。 矩形調(diào)幅的脈沖波發(fā)射電路： （等幅余弦波列脈沖） 167。（ 2）其他振動模式的影響較小； 缺點 ： 盲區(qū)較長。 34 3. 波形按一定方式調(diào)制的脈沖發(fā)射電路 主控振蕩器（決定脈沖的重復(fù)頻率）： 單穩(wěn)電路（決定等幅脈沖波的寬度）： 重復(fù)周期 振鈴電路輸出 ： 換能器上的脈沖波形 ： 減幅振蕩的形成原因和縮短其寬度的措施同上。 由減幅率來測量 負(fù)載阻抗 。） ? 獲得單個的尖脈沖的方法 ： ?兩個減幅振蕩迭加 . ?縮短盲區(qū)時注意的問題 ： 厚度振動 徑向振動 ?減小徑向振動的振幅 ： 選用厚度振動參數(shù)大，徑向振動參數(shù)小的壓電材料。 （ 2） （ 振動內(nèi)耗 ）增大 ， 減幅率增大，使用 吸收 塊 ；但 增大將使第一上升脈沖的幅值有所 降低，使得分配到 的能量減小。 主控振蕩器確定發(fā)射脈沖的重復(fù)頻率 ； u 主控 重復(fù)周期 u 167。 167。 31 (2) 阻抗 匹配 使 和 振蕩電路的末級功放 管的輸出阻抗相匹配。 （ 2）抑制其他振動模式，使換能器按所選定的振動模式工作。 徑向振動 阻抗很小 ， 阻尼作用 。 壓電換能器等效電路： 和 并聯(lián) ， 調(diào)諧到厚度共振的頻率上 。 發(fā) 射 電 路和接收 電 路 連續(xù)波發(fā)射電路 減幅振蕩脈沖發(fā)射電路 波形按一定方式調(diào)制的脈沖波發(fā)射電路 {振蕩電路 功率放大 阻抗匹配 調(diào)諧電路 換能器 反饋電路 （ 振蕩器的頻率自動調(diào)諧到換能器的共振頻率） 匹配調(diào)諧 用于共振法測厚、相位法流量測量、連續(xù)波法的阻抗測量和衰減測量等。 29 167。 0f 167。 2—2 壓電換能器－探頭 ＋ － (+) () () () (+) () () (+) (+) 拉伸 壓縮 28 彎曲振子可以 由多個壓電晶片并聯(lián)或串聯(lián)構(gòu)成 。 彎曲型換能器體積小，靈敏度高，適宜于超聲檢測應(yīng)用 。 串聯(lián)振子： 壓縮 拉伸 優(yōu)點 ： 輸出端比較簡單。 并聯(lián)振子： 優(yōu)點 ： 阻抗低，振動功率大 ，輸入電壓低。 用于氣體媒 質(zhì) 的探 頭 常用的是 彎曲振動型換能器 ， 由彎曲振子構(gòu)成 。 12ccc1 c2 = 2λdn167。 （迭加） 對聲透鏡材料的要求為： 1． 在耦合介質(zhì)中有較大的折射率； 2． 聲阻抗接近晶片或耦合介質(zhì)的聲阻抗； 3． 聲損耗要?。? 4． 制作容易。 方法二：用聲透鏡的方法將聲波聚焦 。 聚焦探頭 可將超聲波聚集成一細(xì)束 (線狀或點狀 )， 在焦點處聲能集中 ， 可提高探傷靈敏度及分辨力 。 167。 水浸探 頭 水浸探頭可浸在水中探傷和測量 。 半圓楔塊 ： 有機(jī)玻璃 大 楔 塊：有機(jī)玻璃 導(dǎo)聲耦合劑：油（空隙處） 半圓楔塊轉(zhuǎn)動時，入射角即改變。 167。 18176。 延遲塊 (有機(jī)玻璃 )：使聲波延遲一段時間后射入 工件 ， 可探測近表面的缺陷 。 25 167。 直探頭在液體中傾斜入射工件時，也能產(chǎn)生表面波。 壓電換能器－探頭 斜探頭的一個特例 , 當(dāng)入射角增大到某一角度，橫波的折射角為 90176。 表面波探 頭 發(fā)射及接收表面波 直探頭在液體中傾斜入射工件時，也能產(chǎn)生蘭姆波。 壓電換能器－探頭 24 當(dāng) 時， 產(chǎn)生蘭姆波。 主要由 壓電晶片 、 阻尼塊 及 斜楔塊 組成。 產(chǎn)生橫波。 ＝ 28176。 167。 167。 左右，以消除聲波在吸收塊上的反射，減少熒光屏上雜波。 22 3 阻尼塊 (吸收塊 ) 作用 : 降低晶片的機(jī)械品質(zhì)因數(shù) ， mQ如果沒有阻尼塊，電振蕩脈沖停止時，壓電晶片因慣性作用，加長了超聲波的脈沖寬度，使盲區(qū)增大，分辨力差。 硬性保護(hù)膜 不銹鋼片或陶瓷片 軟性保護(hù)膜 薄塑料膜 選擇： （ 1）材料： 注意聲阻抗的匹配 ， 保 護(hù) 膜： Z 晶 片： Z1 被測工件： Z2 12Z Z Z?最佳條件： （ 2）厚度 : = ( 2 + 1 ) 4λdn(在保護(hù)膜中的波長 ) 注意： a. 晶片與保護(hù)膜粘合后 ， 探頭的諧振頻率將降低 。 壓電換能器－探頭 21 167。 =δ0 =f （ 2） 由半擴(kuò)散角 選直徑 D 。 1. 壓電晶片 : 多為圓片形 . 設(shè)晶片厚度為 ,直徑 為 D 。 縱波 橫波 20 167。 非對稱 蘭姆 波 : 兩表面振動相位相同，中間為橫波 。 振動質(zhì)點的軌跡為橢圓 縱波 橫波 19 2. 按傳播介質(zhì)分：氣介式探頭，液介式探頭和固介式探頭。 壓電換能器－探頭 表面波 ：是沿固體表面?zhèn)鞑サ?具有縱波和橫波雙重性的波 ，其 振動質(zhì)點的軌 跡為一橢圓 （位移的長軸垂直于傳播方向，短軸平行于傳播方向。 頭 的 種類 壓電換能器主要由壓電晶片組成 。 167。 壓電陶瓷在制造時如添加雜質(zhì)可改變居里溫度 。 在高溫使用時 ， 選上居里溫度高者 ， 在低溫下 ， 選下居里溫度低者 。 17 如： 石英的自然頻率 02860()()f ??千赫 毫米01960()()f ??千赫 毫米(X一切割 ) (Y一切割 ) 01890()()f ?千赫 毫米鋯鈦酸鉛的自然頻率 (七 ) 居里溫度 當(dāng)壓電體的溫度達(dá)到居里溫度時 ， 壓電體將失去壓電效應(yīng) ， 不能工作 。 常數(shù) 0 =f δ相差愈大， 愈高 。 愈大，轉(zhuǎn)換效率愈高，應(yīng)選取 高的晶片。 2222121122mmmm e emeUC CCKC C CU C U C????如給壓電晶體的等效電路上外加電壓 U，則 16 如 : 鋯鈦酸鉛 PZT— 5值 100。 壓電 晶體的幾個主要參數(shù) 設(shè)晶體為理想的材料 （ 即只有厚度方向振動 ） ， (一 ) 壓電應(yīng)變常數(shù) (發(fā)射靈敏度 ) 33daU at?33aatdU?? []米伏 長 a 寬 b 厚度 t 壓電 晶體 電壓 (二 ) 壓電應(yīng)力常數(shù) (接收靈敏度 ) 施加壓力 ， 晶體產(chǎn)生電壓為 ， 則 33gPpU33pUgP? []2米 伏 牛頓(三 )壓電形變常數(shù) 施加一定壓力 ， 厚度增加 ， 使產(chǎn)生電壓 。 石英： 100 emCCemCC 167。 壓電 體的 動態(tài) 特性 等效電路： 諧振頻率：（ 1）串聯(lián)諧振頻率 (諧振頻率 ) 阻抗最低 ； 01=2 mmf π L C （ 2）并聯(lián)諧振頻率 (反諧振頻率 ) 阻抗最大。 電能 機(jī)械能 正壓電效應(yīng) 逆壓電效應(yīng) 13 (三 ) 橫向壓電效應(yīng)