第7講-超聲波探測(cè)

第7講-超聲波探測(cè)第一頁(yè)，共36頁(yè)。超聲波是彈性介質(zhì)中的一種機(jī)械波。人耳能聽(tīng)到的聲音范圍在20Hz--20000Hz，這一范圍的聲音頻率稱為音頻，低于20Hz的聲音叫次聲，高于20000Hz的聲音稱為超聲，正常的人聽(tīng)不見(jiàn)超聲和次聲。第1節(jié)超聲波方法原理一、超聲波第二頁(yè)，共36頁(yè)。二、基本參量描述超聲波波動(dòng)特性的基本物理量有：聲速c、頻率f、波長(zhǎng)λ、周期T、角頻率ω。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)。第三頁(yè)，共36頁(yè)。三、超聲波分類第四頁(yè)，共36頁(yè)。

1）超聲波的波型超聲波的波型是介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向的關(guān)系。按波型可分為縱波、橫波、表面波和板波等第五頁(yè)，共36頁(yè)。

板波（蘭姆波）：在板厚和波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)膹椥员“逯袀鞑サ某暡?。板波傳播時(shí)聲場(chǎng)遍及整個(gè)板的厚度。薄板兩表面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)為縱波和橫波的組合，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的軌跡為一橢圓，在薄板的中間也有超聲波傳播。板波按其傳播方式又可分為對(duì)稱型（S型）和非對(duì)稱型（A型）兩種，這是由質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于板的中間層作對(duì)稱型還是非對(duì)稱型運(yùn)動(dòng)來(lái)決定的。第六頁(yè)，共36頁(yè)。(a)對(duì)稱型；(b)非對(duì)稱型第七頁(yè)，共36頁(yè)。

2)超聲波的波形根據(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。將同一時(shí)刻介質(zhì)中振動(dòng)相位相同的所有質(zhì)點(diǎn)所連成的面稱為波陣面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。第八頁(yè)，共36頁(yè)。波線、波前與波陣面(a)平面波；(b)柱面波；(c)球面波第九頁(yè)，共36頁(yè)。

3）連續(xù)波與脈沖波連續(xù)波是介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)間為無(wú)窮時(shí)的波。脈沖波是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)間很短的波，超聲檢測(cè)中最常用的是脈沖波。第十頁(yè)，共36頁(yè)。四、介質(zhì)的聲參量

1）聲速表示聲波在介質(zhì)中傳播的速度，它與超聲波的波型有關(guān)，但更依賴于傳聲介質(zhì)自身的特性。是一個(gè)表征介質(zhì)聲學(xué)特性的參量。材料的聲速，對(duì)于缺陷的定位和定量分析有重要的意義。第十一頁(yè)，共36頁(yè)。

2）聲衰減系數(shù)超聲波的衰減指的是超聲波在材料中傳播時(shí)，聲壓或聲能隨距離的增大逐漸減小的現(xiàn)象。引起衰減的原因主要有三個(gè)方面：一是聲束的擴(kuò)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。第十二頁(yè)，共36頁(yè)。

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。單位為dB／mm(分貝／毫米)。第十三頁(yè)，共36頁(yè)。超聲波在介質(zhì)中的傳播特性

1.超聲波垂直入射到平界面上的反射和透射當(dāng)超聲波垂直入射到兩種介質(zhì)的界面時(shí)，一部分能量透過(guò)界面進(jìn)入第二種介質(zhì)，成為透射波(聲強(qiáng)為It)，波的傳播方向不變；另一部分能量則被界面反射回來(lái)，沿與入射波相反的方向傳播，成為反射波(聲強(qiáng)為Ir)。聲波的這一性質(zhì)是超聲波檢測(cè)缺陷的物理基礎(chǔ)。第十四頁(yè)，共36頁(yè)。超聲波垂直入射于平界面的反射與透射第十五頁(yè)，共36頁(yè)。

通常將反射波聲壓Pr與入射波聲壓P0的比值稱為聲壓反射率r，將透射波聲壓Pt和P0的比值稱為聲壓透射率t。Z1為第一種介質(zhì)的聲阻抗；

Z2為第二種介質(zhì)的聲阻抗。第十六頁(yè)，共36頁(yè)。

為了研究反射波和透射波的能量關(guān)系，引入聲強(qiáng)反射率R和聲強(qiáng)透射率T兩個(gè)量。R為反射波聲強(qiáng)(Ir)和入射波聲強(qiáng)(I0)之比；T為透射波聲強(qiáng)(It)和入射波聲強(qiáng)(I0)之比。第十七頁(yè)，共36頁(yè)。兩次穿透界面時(shí)透射率的大小，決定著接收信號(hào)的強(qiáng)弱。因此，將聲壓沿相反方向兩次穿過(guò)界面時(shí)總的透射率稱為聲壓往返透過(guò)率(tp)，其數(shù)值等于兩次穿透界面的透射率的乘積第十八頁(yè)，共36頁(yè)。第十九頁(yè)，共36頁(yè)。五、超聲波檢測(cè)方法

1.超聲檢測(cè)設(shè)備和器材超聲檢測(cè)設(shè)備和器材包括超聲波檢測(cè)儀、探頭、試塊、耦合劑和機(jī)械掃查裝置等。超聲檢測(cè)儀和探頭對(duì)超聲檢測(cè)系統(tǒng)的性能起著關(guān)鍵性的作用，是產(chǎn)生超聲波并對(duì)經(jīng)材料中傳播后的超聲波信號(hào)進(jìn)行接收、處理、顯示的部分。第二十頁(yè)，共36頁(yè)。第二十一頁(yè)，共36頁(yè)。

2.超聲波探頭（1）超聲波探頭的作用。超聲波探頭用于實(shí)現(xiàn)聲能和電能的互相轉(zhuǎn)換。它是利用壓電晶體的正、逆壓電效應(yīng)進(jìn)行換能的。（2）常用超聲波探頭的類型。最常用的是接觸式縱波直探頭、接觸式橫波斜探頭、雙晶探頭、水浸探頭與聚焦探頭等。第二十二頁(yè)，共36頁(yè)。(a)縱波直探頭；(b)橫波斜探頭；(c)雙晶探頭第二十三頁(yè)，共36頁(yè)。第2節(jié)鉆孔灌注樁質(zhì)量檢測(cè)24第二十四頁(yè)，共36頁(yè)。聲測(cè)管布置示意圖25第二十五頁(yè)，共36頁(yè)。聲測(cè)管安裝示意圖26第二十六頁(yè)，共36頁(yè)。缺陷范圍的確定（一）27第二十七頁(yè)，共36頁(yè)。缺陷范圍的確定（二）28第二十八頁(yè)，共36頁(yè)。檢測(cè)要點(diǎn)：

考慮聲測(cè)管壁和水對(duì)聲時(shí)的延遲。

發(fā)射與接收換能器同步移動(dòng)，移距250-400mm。

隨機(jī)抽取10-20%的測(cè)點(diǎn)復(fù)測(cè)29第二十九頁(yè)，共36頁(yè)。缺陷判定：概率判據(jù)(一)：1.聲時(shí)平均值與聲時(shí)2倍標(biāo)準(zhǔn)差之和2.聲幅(以dB為單位)平均值減去6dB。30第三十頁(yè)，共36頁(yè)。缺陷判定：概率判據(jù)(二)：3.復(fù)測(cè)聲時(shí)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)小于5%

復(fù)測(cè)聲幅相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)小于10%相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差：4.也可按混凝土不密實(shí)區(qū)的缺陷判定方法判定。31第三十一頁(yè)，共36頁(yè)。缺陷判定：斜率法聲時(shí)深度曲線（t-h曲線）上斜率與相鄰測(cè)點(diǎn)聲時(shí)的乘積（相當(dāng)于相鄰測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)差的平方與測(cè)點(diǎn)移距之比）