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| 超聲測(cè)厚是一種廣泛使用的無損檢測(cè)技術(shù)，它用來從材料一側(cè)測(cè)量材料厚度,。在19世紀(jì)40年代后期，利用由聲納衍生的原理產(chǎn)生了*臺(tái)商業(yè)超聲測(cè)厚儀器,。在19世紀(jì)70年代,，小型便攜式儀器由于優(yōu)化了大多數(shù)檢測(cè)應(yīng)用而被廣泛應(yīng)用。之后,，在微處理技術(shù)上的發(fā)展使得如今的,、便于使用的小型儀器的性能達(dá)到了一個(gè)新的水平。 |
| 可測(cè)量什么,？ |
| 幾乎任何一種普通工程材料都可以用超聲方法來測(cè)量,。超聲測(cè)厚儀可用于金屬、塑料,、復(fù)合材料,、纖維玻璃、陶瓷和玻璃,。在線或加工過程中的擠壓塑料和金屬的測(cè)量是可行的,，同樣也可測(cè)量多層軋制冷作件或涂層。液面高度和生物學(xué)樣品也可測(cè)量,。超聲測(cè)量一直是*無損的方法,，它無需切開測(cè)量物。 常規(guī)的超聲測(cè)量一般不適用于包括木頭,、紙,、混凝土和泡沫產(chǎn)品的材料。 |
| 超聲測(cè)厚儀如何工作,？ |
| 聲能能在一個(gè)很寬的頻譜范圍產(chǎn)生,，能聽到的聲音存在在一個(gè)相當(dāng)?shù)偷念l率范圍，其上限約為每秒20000個(gè)周期（20KHz）,。頻率越高,，我們感覺的音調(diào)越高。超聲是一個(gè)在很高頻率的聲能,，超過了人類能聽到的界限,。大部分超聲測(cè)試是在頻率范圍從500KHz到20MHz之間實(shí)施的，但是某些特殊的儀器頻率低至50KHz甚至更低并且高至225MHz,。無論是什么頻率,，聲能都由根據(jù)物理學(xué)波的基本定律,，通過空氣或鋼介質(zhì)來傳播的機(jī)械振動(dòng)模式組成。 所有的超聲測(cè)厚儀由稱之為超聲波換能器的探頭產(chǎn)生一個(gè)聲脈沖,，能測(cè)量它通過測(cè)試塊的行程時(shí)間多長(zhǎng),。因?yàn)槁暡〞?huì)在不同的材料邊界反射，一般在“脈沖/回波”模式下從一側(cè)來實(shí)施測(cè)量,，這樣儀器測(cè)量了在試塊遠(yuǎn)側(cè)或底面回波的反射脈沖之間的來回傳播時(shí)間,。 探頭包含一個(gè)由短電脈沖激發(fā)來產(chǎn)生一個(gè)超聲波脈沖的壓電晶片。聲波耦合進(jìn)入試塊并在其中傳播,，直到遇到背壁面或其他邊界,。反射信號(hào)會(huì)往回傳播到探頭，將聲能轉(zhuǎn)換為電能,。事實(shí)上,，儀器接收來自另一側(cè)的回波，時(shí)間間隔只有百萬(wàn)分之幾秒,。儀器用在測(cè)試材料中的聲速進(jìn)行編程,，從而能夠使用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)關(guān)系式來計(jì)算厚度： T = V x t/2 此處：
 檢測(cè)材料中的聲速實(shí)計(jì)算中的一個(gè)基本組成部分，注意到這一點(diǎn)是重要的,。不同的材料以不同的聲速傳播聲波,，一般來說，在堅(jiān)硬的材料中聲速更快而在柔軟的材料中聲速更慢,，而且聲速會(huì)隨溫度明顯變化,。因此，經(jīng)常需要對(duì)超聲測(cè)厚儀校準(zhǔn)被測(cè)材料的聲速,，而且達(dá)到精度只能和校準(zhǔn)的精度一樣好,。 在MHz范圍的聲波不能有效地通過空氣傳播，因此在探頭和試塊之間常用一滴液體耦合劑來獲得良好的聲波傳播,。常用的耦合劑為甘油,、丙二醇、水,、油和凝膠體,。只需要一點(diǎn)點(diǎn)量，就足夠填滿這極薄的空氣層,，否則它就會(huì)在探頭和試塊間存在空隙,。 常用的測(cè)量聲波在試塊中傳播的時(shí)間間隔的方法有三種。模式1是zui 常用的方法,，只需簡(jiǎn)單測(cè)量在產(chǎn)生聲波的激勵(lì)脈沖和*個(gè)回波之間的時(shí)間間隔,，并減去用來補(bǔ)償儀器、電纜線和探頭延遲的微小的零位偏移值即可。模式2測(cè)量來自試塊表面的回波和*個(gè)底面回波之間的時(shí)間間隔,。模式3測(cè)量在兩個(gè)相繼底面回波之間的時(shí)間間隔,。探頭類型和特定的應(yīng)用要求通常會(huì)規(guī)定模式的選擇。 |
| 探頭類型 |
| 直接接觸式探頭：正如名稱所表明的那樣,，直接接觸式探頭用于與試塊直接接觸,。使用接觸式探頭的測(cè)量通常是zui容易實(shí)現(xiàn)的，對(duì)于非腐蝕測(cè)量的大多數(shù)常規(guī)測(cè)厚應(yīng)用,，它們經(jīng)常是的方法,。 |
| 延遲線探頭：延遲線探頭將一個(gè)由塑料、環(huán)氧或熔融硅作為一體的柱體作為在激發(fā)元件和試塊之間的延遲線,。使用它們的主要原因是用于薄材料測(cè)量,，在這種情況，將激發(fā)脈沖和底面回波分離開來是非常重要的,。延遲塊可用作熱絕緣體,，防止對(duì)熱敏感的探頭晶片直接和熱的工件接觸,；同時(shí)延遲線也可為具有形狀或仿形狀用來改善對(duì)尖銳曲面或狹窄面上的聲能耦合,。 |
| 水浸探頭：水浸探頭使用柱狀水或水池來將聲能耦合入試塊，它們也可用于移動(dòng)產(chǎn)品的在線或加工過程中的測(cè)量,；是用于在小半徑,、凹槽的掃描的測(cè)量或耦合優(yōu)化。 |
| 雙晶探頭：雙晶片的探頭,，或簡(jiǎn)稱為雙晶探頭,，主要用于粗糙、腐蝕表面的測(cè)量,。它有獨(dú)立的發(fā)射晶片和接收晶片,，以一個(gè)小角度安裝在延遲塊上從而將能量聚焦在試塊表面下的一個(gè)選定的距離上。雖然有時(shí)候雙晶探頭測(cè)量不如其他類型探頭,，在腐蝕測(cè)量應(yīng)用中它們通常能提供顯著的良好的性能,。 |
| 4.需考慮的事情 |
| 在任意超聲測(cè)厚應(yīng)用中，儀器和探頭的選擇取決于被測(cè)材料,、厚度范圍,、幾何形狀、溫度,、精度要求以及可能存在的一些特殊條件,。下面列出了需要考慮的主要因素： |
| 材料：被測(cè)的材料類型和厚度范圍在選擇儀器和探頭時(shí)是zui重要的因素。許多普通工程材料,，包括大多數(shù)金屬,、陶瓷和玻璃能夠很有效地傳播超聲，因此有一個(gè)很廣的厚度范圍可以很容易地被測(cè)量。大部分塑料會(huì)更快地吸收超聲能量,，因此其zui大厚度范圍有更多的限制，但是在許多制造業(yè)情況依然能夠很容易地完成測(cè)量,。橡膠,、纖維玻璃和許多復(fù)合材料衰減更大而且經(jīng)常需要具有優(yōu)化低頻操作的脈沖/接收的高穿透力儀器。 |
| 厚度：厚度范圍也影響該選擇的儀器和探頭類型,。一般而言,，薄材料用高頻探頭,，厚的或衰減性材料用低頻探頭,，延遲塊探頭用于非常薄的材料，雖然延遲塊探頭（和液浸探頭）由于多次界面回波的干擾在zui大可測(cè)厚度上會(huì)有更多的限制,。在那些涉及到比較寬的厚度范圍并且/或者多層材料的情況下,，可能需要不止一種類型的探頭。 |
| 幾何形狀：當(dāng)工件表面曲率增加時(shí),，在探頭和試塊間的耦合效果會(huì)降低,，因此當(dāng)曲率增加時(shí)，探頭尺寸一般都要減小,。在一個(gè)半徑極小,，尤其是凹面時(shí)，可能需要特殊的仿型延遲塊探頭或非接觸液浸探頭來達(dá)到適當(dāng)?shù)穆曬詈?。延遲式探頭和液浸式探頭也可用于凹槽,、孔和限制性接觸的類似區(qū)域。 |
| 溫度：常規(guī)接觸式探頭一般用于的表面溫度約為125° F或50° C,。在更高溫度的材料上使用,，大多數(shù)直接接觸式探頭可能會(huì)由于熱膨脹效應(yīng)導(dǎo)致*性損壞。在那些應(yīng)用中,，應(yīng)該一直使用帶有耐熱延遲線的延遲線探頭,、液浸探頭或高溫雙晶探頭。 |
| 相位顛倒：由低聲阻抗材料（密度乘聲速）粘合到高聲阻抗材料的特殊應(yīng)用,，典型例子包括在鋼或其他金屬的上的塑料,、橡膠、玻璃的覆蓋層、以及在纖維玻璃上的聚合體覆蓋層,。在這些情況下來自兩種材料界間的回波將會(huì)相位顛倒,，或相對(duì)于空氣邊界的回波相位反向。這種情況通常建議在儀器上做簡(jiǎn)單的設(shè)置改變,，但是如果不把這一點(diǎn)考慮進(jìn)去,，讀數(shù)將是不準(zhǔn)確的。 |
| 精度：在一個(gè)給定的應(yīng)用中,，許多因素會(huì)影響測(cè)量的精度,，包括正確的儀器校準(zhǔn)、材料聲速的均勻性,、聲衰減和散射,、表面粗糙度、曲率,、聲耦合不良,、以及底面不平行度。在選擇儀器和探頭時(shí)所有這些因素都應(yīng)該考慮進(jìn)去,。采用正確的校準(zhǔn),，測(cè)量通常可達(dá)到精度為±0.001"或0.01mm,，而且在某些應(yīng)用中精度可達(dá)到0.0001"或0.001mm,。在一個(gè)給定的應(yīng)用中,，精度通過使用知道厚度的參考試塊來確定,。通常，使用延遲塊或液浸探頭的模式3來測(cè)量的儀器可zui地測(cè)得工件的厚度,。 |
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