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Tom Nelligan
超聲波無(wú)損檢測(cè)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(jiàn)的用于厚度測(cè)量，裂紋檢測(cè)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(jī)械，結(jié)構(gòu)或組成性質(zhì)。超聲波材料分析是基于一個(gè)簡(jiǎn)單的物理原理：任何波的運(yùn)動(dòng)都會(huì)受到它行進(jìn)的介質(zhì)的影響。因此，與高頻聲波通過(guò)材料通過(guò)時(shí)間，衰減，散射和頻率內(nèi)容相關(guān)聯(lián)的四個(gè)易于測(cè)量的參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)的變化通?？梢耘c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(guò)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(dòng)模式，以及表面（瑞利）波和板（Lamb）波。因?yàn)檩^短的波長(zhǎng)對(duì)它們通過(guò)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(cè)試片將支持的zui高頻率。聲音脈沖通常由已經(jīng)與測(cè)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(cè)試件一側(cè)的單個(gè)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(duì)側(cè)上的分離的發(fā)射和接收換能器（通過(guò)傳輸模式）。通過(guò)用電壓尖峰或方波激勵(lì)換能器來(lái)發(fā)射聲波。聲波傳播通過(guò)測(cè)試材料，或者從遠(yuǎn)側(cè)反射返回其原點(diǎn)（脈沖/回聲），或者由該點(diǎn)處的另一個(gè)換能器（通過(guò)傳輸）接收。然后對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)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(hào)處理。
超聲波測(cè)試相對(duì)于其他材料分析方法的顯著優(yōu)點(diǎn)是其通?？梢栽谶^(guò)程中或在線進(jìn)行。高頻聲波通?？梢酝ㄟ^(guò)使用水浴或水流作為耦合介質(zhì)而成功地傳輸進(jìn)入和離開(kāi)運(yùn)動(dòng)材料而沒(méi)有直接接觸。測(cè)量還可以通過(guò)將聲能耦合通過(guò)壁而在封閉容器內(nèi)進(jìn)行。因?yàn)槁暡ù┩笢y(cè)試樣品，所以材料性質(zhì)是大量而不是僅在表面上測(cè)量的。有時(shí)甚至可能通過(guò)使用選擇性門控僅分析多層多材料制造的一個(gè)層。相關(guān)測(cè)量參數(shù)通常將是以下的一個(gè)或多個(gè)：
（一個(gè)）。聲速/脈沖傳播時(shí)間：聲速通常是zui容易測(cè)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(guò)給定厚度的樣品的脈沖傳輸時(shí)間。此外，不同程度的不均勻性可能對(duì)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(guò)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(hào)的幅度，方向和頻率含量。散射效應(yīng)也可以通過(guò)觀察后壁回波或穿透信號(hào)的幅度的變化來(lái)間接監(jiān)測(cè)。
（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(duì)已經(jīng)通過(guò)測(cè)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(jì)算諸如彈性模量的性質(zhì)。在其他情況下，超聲波測(cè)試是一種比較技術(shù)，其中為了在給定的應(yīng)用中建立測(cè)試協(xié)議，將需要實(shí)驗(yàn)地評(píng)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(shí)別或預(yù)測(cè)測(cè)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(jiǎn)單的手持式超聲波測(cè)厚儀測(cè)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(cè)試。有關(guān)特定測(cè)試的儀器和傳感器建議的信息，請(qǐng)與我們。（文章來(lái)自?shī)W林巴斯，侵刪）
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