超聲波在材料內(nèi)部傳播的聲速測量方法介紹

2025-03-17 13:27:32 admin

聲速是衡量材料聲學性質(zhì)的重要參數(shù)。實際檢測中有時需要測量材料中的聲速。下面簡單介紹測量聲速的幾種常用方法。

超聲檢測儀器測量法
對檢測人員來說，用檢測儀器測量聲速是最簡便的。用這種方法測量，可用單探頭反射法，也可用雙探頭穿透法?？捎糜跍y量縱波聲速，也可用于測量橫波聲速。

（1）檢測儀按時間刻度：對于按時間刻度或帶時標的檢測儀，測量聲速方法如下將探頭對準大平底，調(diào)節(jié)儀器使始波與底波分別對準不同刻度，測出工件厚度，聲速按下式計算：

反射法c = 2d/t

穿透法c =d/t

式中d為工件厚度，t為始波與底波之間的時間差，c為待測工件中的聲速。

（2）檢測儀按深度刻度：對于按深度刻度的檢測儀，不能直接從示波屏上讀出時間，需采用比較法測量聲速。

測試時，先把探頭對準待測工件的底面，調(diào)節(jié)儀器使底面回波對準某一刻度\tau ，此時超聲波通過工件的時間為t=2d/c1。

然后將探頭放在水中，調(diào)節(jié)探頭位置使水層底面回波對準同一水平刻度\tau，如上圖，這時超聲波通過水層的時間為t = t=2b/c2

由于二者水平刻度相同，即時間相同，所以有c1/c2=d/b即 c1=c2*d/b

式中c2為水中聲速，c2 = 1480m/s，d為工件厚度，b為水層厚度，c1為待測工件中的聲速;

上述測定縱波聲速的方法同樣適用于橫波聲速的測量。測橫波聲速不同的是：先換上橫波探頭，并用標準試塊校準“0”點，然后使探頭對準待測工件上的橫孔，調(diào)節(jié)儀器使橫孔回波對準某一水平刻度，如上圖所示，在換上直探頭，調(diào)節(jié)探頭在水中的位置，使水層底波對準水平刻度，這時橫波聲速為： cs=c2*d/b

上述方法測量聲速，精度不高，影響誤差的主要原因是：直探頭前面有一層保護膜，聲波在里面?zhèn)鞑ビ幸欢螘r間，另外d、b的測量存在誤差。還有工件底波和水層底波前沿不一定完全重合。

2. 測厚儀測量法

（1）共振式測厚儀：根據(jù)駐波理論，當工件厚度為λ/的整數(shù)倍時，入射波與反射波在工件內(nèi)形成駐波產(chǎn)生共振，聲速計算公式為c = 2f_{n}\d/n，其中d是工件厚度，f_{n}是共振頻率，n是共振次數(shù)。

（2）脈沖反射式測厚儀（超聲波測厚儀）：用其測量聲速的原理和方法與超聲檢測儀測量聲速的方法相同。

3.示波器測量法

將按時間刻度的檢測儀與示波器連接，從示波器熒光屏上直接讀取始脈沖與底波之間的時間差，從而計算出聲速c=2d/t。式中d為工件厚度，t為始波與底波之間的時間差，c為待測工件中的聲速。