第2章 超声波发射声场与规则反射体的回波声压

由(2.29)式可知,当探测条件(Fs,λ)一定时,平底孔缺陷的回波声压或波高与平底孔面积成正比,与距离平方成反比。任意两个距离直径不同的平底孔回波声压之比为:

二者回波分贝差为:

(1)当Df1=Df2,χ2=2x1时

△12=201gPf1/Pf2=40lgx2/x1=401g2=12 (dB)

这说明平底孔直径一定,距离增加一倍,其 回波下降12dB。 (2)当χ1=x2,Dfl=2Df2时

△12=201gPf1/Pf2=401gDfl/Df2=401g2=12(dB)

(2.30)

这说明平底孔距离一定,直径增加一倍,其回波升高12dB。 二、长横孔回波声压

如图2.20所示,当χ≥3N,超声波垂直入射,全反射,长横孔直径较小,长度大于波束截面尺寸时,超声波在长横孔表面的反射就类似予球面波在柱面镜上的反射。以a=χ,f=Df/

4,P1/a=P0Fs/λχ代入(1.54)式,取“+”,并考虑到Df《χ,从而得到长横孔回声压Pf为

式中 Df——长横孔的直径。

(2.31)

由上式可知,探测条件(Fs、λ)一定时,长横孔回波声压与长横孔的直径平方根成正比,与距离的二分之三次方成反比。任意两个距离、直径不同的长横孔回波分贝差为:

(1)当Df1=Df2,χ2=2χ1时

△12=20|gPfl/Pf2=301gx2/xl=301g2=9(dB)

这说明长横孔直径一定,距离增加一倍,其回波下降9dB。 (2)当χ1=X2,Dfl=2Df2时

△12=201gPf1/Pf=101gDf1/Df2=101g2=3(dB)

这说明长横孔距离一定,直径增加一倍,其回波上升3dB。 三、短横孔回波声压

(2.32)

短横孔是长度明显小于波束截面尺寸的横孔,设短横孔直径为Df,长度为LfO当z≥3N 时,超声波在短横孔上的反射回波声压为

(2.33)

由上式可知,当探测条件(Fs、λ)一定时,短横孔回波声压与短横孔的长度成正比,与直径的平方根成正比,与距离的平方成反比。任意两个距离、长度和直径不同短横孔的回波分贝差为:

(1)当Df1=Df2,Lfl=Lf2,x2=2χl时 △12=201gPf1/Pf2=401gχ2/χl=401g2=12(dB)

(2.34)

这说明短横孔直径和长度一定,距离增加一倍,其回波下降12dB,与平底孔变化规律相同。 (2)当Dfl=Df2,χ1=X2,Lf1=2Lf2时 △12=201gPf1/Pf2=20Lglf1/Lf2=20Lg2=6(dB)

这说明短横孔直径和距离一定,长度增加一倍,其回波上升6dB。 (3)当xl—x2,Isl:If2,Dn=2Dr2 △12=201gPfl/Pf2=101gDfl/Df2=101g2=3(dB)

这说明短横孔长度和距离一定,直径增加一倍,其回波升高3dB。 四、球孔回波声压

如图2.21所示,设球孔直径为Df,超声波垂直入射,全反射,Df足够小。当χ≥3N时,超声波在球孔上的反射就类似于球面波在球面镜上的反射,以a=χ,f=Df/4.P1/a=P0Fs/λχ代入(1.53)式,取“十”,并考虑到D1<<χ,从而得到球孔回波声压P,为

(2.35)

由上式可知,当探测条件(Fs、λ)一定时,球孔回波声压与球孔的直径成正比,与距离的平方成反比。任意两个直径、距离不同的球孔的回波分贝差为:

(2.36)

这说明球孔直径一定,距离增加一倍,其回波下降12dB,与平底孔变化规律相同。

这说明球孔距离不变,直径增加一倍,其回波上升6dB。 五、大平底面回波声压

如图2.22所示,当x≥3N时。超声波在与波束轴线垂直、表面光洁的大平底面上的反射就是球面波在平面上的反射,其回波声压PB为

(2.37)

由上式可知,当探测条件(Fs、λ)一定时,大平底面的回波声压与距离成反比。两个不同距离的大平底面回波分贝差为:

(2.38)

这说明大平底面距离增加一倍,其圆波下降6dB。

六、圆柱曲底面回波声压 l.实心圆柱体

超声波径向探伤χ≥3N的实心圆柱体,类似于球面波在凹柱曲底面上的反射。以a=χ,f=Df/4,P1/a=P0Fs/λχ代入(1.54)式,取“—”得实心圆柱凹曲底面的回波声压为

这说明实心圆柱体回波声压与大平底面回波声压相同。 2.空心圆柱体

(2.39)

超声波外柱面径向探伤空心圆柱体,χ≥3N,类似于球面波在凸柱面上的反射,如图2.23探头A位置,以a=χ=(D-d)/2,f=d/4,P1/a=P0Fs/λχ代入(1.54)式,并取“+”,得外圆探伤空心圆柱体凸柱曲底面的圆波声压为

(2.40)

上式说明外圆探伤空心圆柱体,其回波声压低于同距离大平底回波声压。因为凸柱面反射波发散。超声波内孔探伤圆柱体,类似子球面波的在凹柱面上的反射,以a=χ=(D--d)/2,f=D/ 4,P1/a=P0Fs/λχ代入(1.54)式,取“一”得回波声压为

上式说明内孔探伤圆柱体,其圆波声压大于同距离大平底回波声压,因为凹柱面反射波聚焦。 以上各种规则反射体的回波声压公式均未考虑介质衰减,如果考虑介质衰减,则有

平底孔回波声压: (2.42)

长横孔回波声压: (2.43)

短横孔回波声压: (2.44)

球孔回波声压: (2.45)

大平底与实心圆柱体回波声压: (2.46)

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