【正文】 量是兩個聲壓比值的分貝數(shù) 。 對于平面波來說 ， 聲壓幅值衰減規(guī)律可用下式表示： xpp ??? e0 （ 610） 第 6章 常用無損檢測方法 介質(zhì)中超聲波的衰減系數(shù) α 與超聲波的頻率關(guān)系密切 ， 通常情況下 ， 衰減系數(shù)隨頻率的增高而增大 。 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(zhì)的吸收 。 相速度隨頻率變化而變化的現(xiàn)象被稱為頻散 。 （ 2） 板波的聲速 。 同一固體介質(zhì)中 ， 縱波聲速 cL大于橫波聲速 cs， 橫波聲速cs又大于瑞利波聲速 cr。 不同材料聲速值有較大的差異 。 第 6章 常用無損檢測方法 （ 1） 縱波 、 橫波和表面波的聲速 。 群速度是指傳播聲波的包絡(luò)上具有某種特征 （ 如幅值最大 ） 的點上沿傳播方向上的聲速 。 聲速又可分為相速度和群速度 。 因此 ， 聲速又是一個表征介質(zhì)聲學(xué)特性的參量 。 第 6章 常用無損檢測方法 4） 實際探傷中 ， 將聲強 I1與 I2之比取對數(shù)的 10倍得到二者相差的數(shù)量級 ， 這時單位為 分貝 ， 用 dB表示 ， 即 )dB(lg1021IIΔ ? （ 67） 根據(jù)式（ 66），有 m2m121 lg20lg10PPIIΔ ??（ 68） 式中： Pm Pm2分別為聲強 I I2對應(yīng)的聲壓幅值。 對于平面縱波 ， 其聲強 I為 ZPZVcAI 2m2m22212121 ??? ?? （ 66） 由式 (66)可知，超聲場中，聲強與角頻率平方成正比。 聲阻抗表示超聲場中介質(zhì)對質(zhì)點振動的阻礙作用 。 ? ??AV ?m?? cAP ?m第 6章 常用無損檢測方法 2） 介質(zhì)中某一點的聲壓幅值 Pm與該處質(zhì)點振動速度幅值 Vm之比 ， 稱為聲阻抗 ， 常用 Z表示 。 由上式可知：超聲場中某一點的聲壓幅值 Pm與角頻率成正比，也就與頻率成正比。超聲場中某一點在某一瞬時所具有的壓強P1與沒有超聲波存在時同一點的靜態(tài)壓強 P0之差稱為該點的聲壓，用 P表示 ,即 )Pa(01 PPP ??(63) 第 6章 常用無損檢測方法 對于平面余弦波， 可以證明： cVcxtAcxtVcxtPP ??????? ??????? )(s i nc)(s i nc)(s i n mm（ 64） 式中： 為介質(zhì)的密度 。其中人們關(guān)心的頻譜特征量主要有峰值頻率、頻帶寬度和中心頻率。脈沖波是質(zhì)點振動時間很短的波，超聲檢測中最常用的是脈沖波。 當(dāng)聲源的尺寸遠(yuǎn)小于測量點距聲源的距離時 ， 可以把超聲波看成是球面波 。 當(dāng)聲源是一個點時 ， 在各向同性介質(zhì)中的波陣面為以聲源為中心的球面 。 第 6章 常用無損檢測方法 圖 66 波線、 (a) 平面波； (b) 柱面波； (c) 球面波 第 6章 常用無損檢測方法 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 。 在任何時刻 ， 波前總是距聲源最遠(yuǎn)的一個波陣面 。 如圖 66所示 ， 在無限大且各向同性的介質(zhì)中 ， 振動向各方向傳播 ， 用波線表示傳播的方向；將同一時刻介質(zhì)中振動相位相同的所有質(zhì)點所連成的面稱為波陣面；某一時刻振動傳播到達(dá)的距聲源最遠(yuǎn)的各點所連成的面稱為波前 。 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(zhì)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 。 板波傳播時聲場遍及整個板的厚度 。 第 6章 常用無損檢測方法 圖 63 橫波 第 6章 常用無損檢測方法 圖 64 表面波 第 6章 常用無損檢測方法 （ 4） 板波 （ 蘭姆波 ） 。 當(dāng)超聲波在固體介質(zhì)中傳播時 ， 對于有限介質(zhì)而言 ， 有一種沿介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ牟幢砻娌?(見圖 64)。 液體和氣體介質(zhì)不能承受切應(yīng)力 ， 只有固體介質(zhì)能夠承受切應(yīng)力 ， 因而橫波只能在固體介質(zhì)中傳播 ， 不能在液體和氣體介質(zhì)中傳播 。 介質(zhì)中質(zhì)點的振動方向垂直于波的傳播方向的波叫橫波 ， 用 S或 T表示 (見圖 63)。 縱波傳播時 ， 介質(zhì)的質(zhì)點疏密相間 ， 所以縱波有時又稱為壓縮波或疏密波 。 介質(zhì)中質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向相同的波叫縱波 ， 用 L表示 (見圖 62)。 按波型可分為縱波 、 橫波 、 表面波和板波等 。其中，按波型是研究超聲波在介質(zhì)中傳播規(guī)律的重要理論依據(jù)，將著重討論。 第 6章 常用無損檢測方法 3. 超聲波的分類 超聲波的分類方法很多，如圖 。 4）遇有界面時，將產(chǎn)生反射、折射和波型的轉(zhuǎn)換。 例如在一些金屬材料中 ， 其穿透能力可達(dá)數(shù)米 。 1) 方向性好 超聲波具有像光波一樣定向束射的特性 。 其中頻率和周期是由波源決定的 ， 聲速與傳聲介質(zhì)的特性和波型有關(guān) 。第 6章 常用無損檢測方法 超 聲 檢 測 1. 超聲波的產(chǎn)生依賴于做高頻機械振動的 “ 聲源 ” 和傳播機械振動的彈性介質(zhì) ， 所以機械振動和波動是超聲檢測的物理基礎(chǔ) 。 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。 這些量之間的關(guān)系如下： cλωπfT ??? 21（ 61） 第 6章 常用無損檢測方法 2. 超聲波的特點 超聲波波長很短 ， 這決定了超聲波具有一些重要特性 ， 使其能廣泛應(yīng)用于無損檢測 。 2） 穿透能力強 對于大多數(shù)介質(zhì)而言 ， 它具有較強的穿透能力 。 3） 能量高 超聲檢測的工作頻率遠(yuǎn)高于聲波的頻率 ， 超聲波的能量遠(yuǎn)大于聲波的能量 。利用超聲波在介質(zhì)中傳播時這些物理現(xiàn)象，經(jīng)過巧妙的設(shè)計，使超聲檢測工作的靈活性、精確度得以大幅度提高。主要有：按介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向之間的關(guān)系分類，即按波型分類；按波振面的形狀分類，即按波形分；按振動的持續(xù)時間分類等。 第 6章 常用無損檢測方法 圖 61 超聲波的分類 第 6章 常用無損檢測方法 1） 超聲波的波型指的是介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向的關(guān)系 。 （ 1） 縱波 。 介質(zhì)質(zhì)點在交變拉壓應(yīng)力的作用下 ， 質(zhì)點之間產(chǎn)生相應(yīng)的伸縮變形 ， 從而形成了縱波 。 第 6章 常用無損檢測方法 圖 62 縱波 第 6章 常用無損檢測方法 （ 2） 橫波 。 橫波的形成是由于介質(zhì)質(zhì)點受到交變切應(yīng)力作用時 ， 產(chǎn)生了切變形變 ， 所以橫波又叫做切變波 。 （ 3） 表面波 （ 瑞利波 ） 。 瑞利首先對這種波給予了理論上的說明 ， 因此表面波又稱為瑞利波 ， 常用 R表示 。 在板厚和波長相當(dāng)?shù)膹椥员“逯袀鞑サ某暡ń邪宀?(或蘭姆波 )。 薄板兩表面質(zhì)點的振動為縱波和橫波的組合 ， 質(zhì)點振動的軌跡為一橢圓 ， 在薄板的中間也有超聲波傳播 (見圖 65)。 第 6章 常用無損檢測方法 圖 65 (a) 對稱型； (b) 非對稱型 第 6章 常用無損檢測方法 2) 超聲波由聲源向周圍傳播的過程可用波陣面進(jìn)行描述 。 在各向同性介質(zhì)中波線垂直于波陣面 。 波前只有一個 ， 而波陣面可以有任意多個 。 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 ， 如圖 66所示 。 可以證明 ， 球面波中質(zhì)點的振動幅度與距聲源的距離成反比 。 球面波的波動方程為 )(c os cxtxAy ?? ?（ 62） 第 6章 常用無損檢測方法 3） 連續(xù)波與脈沖波 連續(xù)波是介質(zhì)中各質(zhì)點振動時間為無窮時的波。對脈沖波進(jìn)行頻譜分析，可知它并非單一頻率，而是包括多種頻率成分。 第 6章 常用無損檢測方法 超聲場及介質(zhì)的聲參量簡介 1) 聲壓 當(dāng)介質(zhì)中有超聲波傳播時，由于介質(zhì)質(zhì)點振動，使介質(zhì)中壓強交替變化。c為介質(zhì)中的聲速； 為介質(zhì)質(zhì)點的振幅； V為介質(zhì)質(zhì)點振動的角頻率；