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超聲波材料分析
閱讀：2127 發(fā)布時間：2017-2-27Tom Nelligan
超聲波無損檢測是一種多功能的技術(shù),，可應(yīng)用于各種材料分析應(yīng)用。雖然超聲波NDT在其更常見的用于厚度測量,，裂紋檢測和聲成像的應(yīng)用中可能更好地已知,，但是高頻聲波也可以用于區(qū)分和量化固體和液體的一些基本機械，結(jié)構(gòu)或組成性質(zhì),。超聲波材料分析是基于一個簡單的物理原理：任何波的運動都會受到它行進的介質(zhì)的影響,。因此，與高頻聲波通過材料通過時間,，衰減,，散射和頻率內(nèi)容相關(guān)聯(lián)的四個易于測量的參數(shù)中的一個或多個的變化通常可以與物理性質(zhì)的變化相關(guān),，例如硬度,，彈性模量，密度,，均勻性或顆粒結(jié)構(gòu),。
它如何工作？
超聲波NDT利用從約20KHz到超過100MHz的頻率范圍,，大多數(shù)工作在500KHz和20MHz之間執(zhí)行,。在一些專門的情況下，通常采用縱向和剪切（橫向）振動模式,，以及表面（瑞利）波和板（Lamb）波,。因為較短的波長對它們通過的介質(zhì)中的變化更敏感，所以許多材料分析應(yīng)用將受益于使用測試片將支持的zui高頻率,。聲音脈沖通常由已經(jīng)與測試材料聲學(xué)耦合的壓電換能器產(chǎn)生和接收,。在大多數(shù)情況下,，耦合到測試件一側(cè)的單個換能器用作發(fā)射器和接收器（脈沖/回聲模式），盡管在一些情況下涉及高度衰減或散射材料,，使用在部件的相對側(cè)上的分離的發(fā)射和接收換能器（通過傳輸模式）,。通過用電壓尖峰或方波激勵換能器來發(fā)射聲波。聲波傳播通過測試材料,，或者從遠側(cè)反射返回其原點（脈沖/回聲）,，或者由該點處的另一個換能器（通過傳輸）接收。然后對接收的信號進行放大和分析,。各種商業(yè)儀器可用于此目的,，利用模擬和數(shù)字信號處理。
超聲波測試相對于其他材料分析方法的顯著優(yōu)點是其通?？梢栽谶^程中或在線進行,。高頻聲波通常可以通過使用水浴或水流作為耦合介質(zhì)而成功地傳輸進入和離開運動材料而沒有直接接觸,。測量還可以通過將聲能耦合通過壁而在封閉容器內(nèi)進行。因為聲波穿透測試樣品,，所以材料性質(zhì)是大量而不是僅在表面上測量的,。有時甚至可能通過使用選擇性門控僅分析多層多材料制造的一個層。相關(guān)測量參數(shù)通常將是以下的一個或多個：
（一個）,。聲速/脈沖傳播時間：聲速通常是zui容易測量的超聲參數(shù),。在均勻介質(zhì)中的聲速與彈性模量和密度直接相關(guān);因此彈性或密度的變化將影響通過給定厚度的樣品的脈沖傳輸時間。此外,，不同程度的不均勻性可能對聲速有影響,。
（b）。衰減：聲能在不同材料中以不同速率吸收或衰減,，通過密度,，硬度，粘度和分子結(jié)構(gòu)的相互作用以復(fù)雜的方式控制,。在給定材料中,，衰減通常隨頻率增加。
（C）,。散射：聲波從不同材料之間的邊界反射,。晶粒結(jié)構(gòu)，纖維取向,，孔隙率,，顆粒濃度和其他微觀結(jié)構(gòu)變化的變化可以影響散射信號的幅度，方向和頻率含量,。散射效應(yīng)也可以通過觀察后壁回波或穿透信號的幅度的變化來間接監(jiān)測,。
（d）,。頻率（頻譜）含量：所有材料傾向于在一定程度上作為低通濾波器，衰減或散射寬帶聲波的較高頻率分量比較低頻率分量,。因此,，對已經(jīng)通過測試材料的所選寬帶脈沖的剩余頻率含量的變化的分析可以跟蹤衰減和散射的組合效應(yīng)，如上所述,。
在一些應(yīng)用中,，諸如速度的超聲數(shù)據(jù)可以直接用于計算諸如彈性模量的性質(zhì)。在其他情況下,，超聲波測試是一種比較技術(shù),，其中為了在給定的應(yīng)用中建立測試協(xié)議，將需要實驗地評估代表被量化的材料條件的范圍的參考標(biāo)準(zhǔn),。從這樣的標(biāo)準(zhǔn),，可以記錄聲傳輸參數(shù)如何隨特定材料性質(zhì)的變化而變化，然后從該基線信息,，可以識別或預(yù)測測試樣品中的類似變化,。
各種超聲波儀器可用于材料分析應(yīng)用。聲速可以用簡單的手持式超聲波測厚儀測量,，而速度,，衰減和散射效應(yīng)都可以用現(xiàn)代數(shù)字式探傷儀觀察到。具有適當(dāng)輔助設(shè)備和具有適當(dāng)軟件的超聲成像系統(tǒng)的脈沖發(fā)生器/接收器可以用于量化所有這些性質(zhì),，以及執(zhí)行頻譜分析（頻率內(nèi)容）測試,。有關(guān)特定測試的儀器和傳感器建議的信息，請與我們,。（文章來自奧林巴斯,，侵刪）