超声实验中迟到波成因和影响因素的探究.pdfVIP

34 物 理 实 验 第36卷 3)衰减波包 的出现与探测面有关．只有将 的反射后被探头捕获，因纵波速度大，试块尺寸较 探头放置于细长面 (20mm ×300mm；13Omm× 小，经侧面和底面反射的纵波声时与直接 由底面 300ram)时2次底面回波间才出现系列衰减波． 反射的纵波声时相差无几 ，形成第 1次底面 回波 当探头置于宽面 (130mm×300ram)时，2次底面 的波包．而反射波中经波型转换成为横波的部分 回波之间不出现衰减波包． (EG)，因横波速度 比纵波速度小近一半 ，横波声 4)衰减波包个数与试块几何尺寸有关，传播 程变长(EGNG)，导致转换横波的声时比纵波 距离越长 ，窄边尺寸越小 ，出现的波包个数越多． 的声时明显增加．横波 EG斜入射到试块另一侧 2．3 实验结果分析与讨论 面AC，被AC反射的波既有横波 GK，也有再次 实验 中把探头置于试块 的窄面 (如 2Omm× 发生波型转换产生 的纵波 GJ，纵波 GI被底面 300ram)表面测量 时 2次底波间才会 出现衰减 CD反射后 (IM)经两侧面多次反射 (MN-NO)回 波，说明衰减波的出现可能与纵波波束的扩散及 到探头，被探头接收产生第 1个衰减波信号．每 试块窄面两侧的侧壁对扩散波的反射时的波型转 次超声波被试块界面反射时，无论纵波和横波均 换有关．当超声纵波斜入射到固体表面，在 固体 发生与E点和G点类似的波型转化现象，每多经 界面发生反射与折射，不仅会产生反射或折射纵 历 1个横波声程，到达探头 的声时会延长一定时 波 ，也会产生反射或折射横波．这种 由纵波通过 间．经历 1个横波声程的回波信号形成第 1个衰 反射或折射产生横波的现象称为波型转换．反射 减波，经历 2个横波声程 的超声波信号是第 2个 波传播方 向遵守反射定律(斯涅耳定律)： 衰减波，依此类推，经历 个横波声程的信号为第 sin Ys ，z个衰减波．声波在传播过程中经 2个侧面的多 = 一 — — C C C ， 、(1) L】 Ll s1 次反射回到超声探头，因此两底波之间会 出现一 式(1)中a 表示纵波入射角，yL表示纵波反射 组衰减波信号．随着声程不断增大，振幅逐渐衰 角 ，ys表示转换横波反射角 ，c 表示第 1种材料 减．另外 ，转换波型的回波必须经底面反射才能 中纵波声速 ，C 表示第 1种材料 中横波声速．波 回到探头被接收，因此这些经过波型转换 的回波 型转换现象一般发生在斜入射 的场合 ，而且与界 信号总是出现在第 1次底波之后，故称之为迟到 面两侧媒质的状态有关． 波或延迟波． 图4给出超声实验 中第 1和第 2次底波之间 根据图4中迟到波 的形成原理，可以推导相 衰减波形成的原理示意图．当把纵波探头 P置于 邻 2个迟到波之间的声时差和声程差．设试块 的 钢或铝试块 的窄长面 (如 图4中AB面)上检测 两侧壁间厚度为 d，探头发射的纵波垂直入射试 时，扩散纵波波束 (FE)斜入射到试块 的侧壁 BD 块方向传播的长度为 L(如 图4所示)，则纵波发 面，被BD面反射，反射的部分包括纵波和发生波 射后在试块中不发生波型转换经底面反射后到达 型转换的横波．纵波(图中未