超聲波在材料內(nèi)部傳播的聲速測量方法介紹
聲速是衡量材料聲學(xué)性質(zhì)的重要參數(shù)。實(shí)際檢測中有時(shí)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(shí)間刻度:對于按時(shí)間刻度或帶時(shí)標(biāo)的檢測儀,測量聲速方法如下將探頭對準(zhǔn)大平底,調(diào)節(jié)儀器使始波與底波分別對準(zhǔn)不同刻度,測出工件厚度,聲速按下式計(jì)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(shí)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(shí)間,需采用比較法測量聲速。
測試時(shí),先把探頭對準(zhǔn)待測工件的底面,調(diào)節(jié)儀器使底面回波對準(zhǔn)某一刻度\tau ,此時(shí)超聲波通過工件的時(shí)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(zhǔn)同一水平刻度\tau,如上圖,這時(shí)超聲波通過水層的時(shí)間為t = t=2b/c2
由于二者水平刻度相同,即時(shí)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(biāo)準(zhǔn)試塊校準(zhǔn)“0”點(diǎn),然后使探頭對準(zhǔn)待測工件上的橫孔,調(diào)節(jié)儀器使橫孔回波對準(zhǔn)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(zhǔn)水平刻度,這時(shí)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(hù)膜,聲波在里面?zhèn)鞑ビ幸欢螘r(shí)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(dāng)工件厚度為λ/的整數(shù)倍時(shí),入射波與反射波在工件內(nèi)形成駐波產(chǎn)生共振,聲速計(jì)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(shí)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(shí)間差,從而計(jì)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(shí)間差,c為待測工件中的聲速。
1 - 檢測儀、2 - 示波器、3 - 探頭、4 - 被測材料