表面粗糙度测量

粗糙表面包括随机粗糙表面和结构有周期性变化的规则表面。可以用均方根表面粗糙度h和相关长度L予以描述。通常可以根据给定方向上的表面高度变化，用表面粗糙度仪来进行参数测定。但对于易损表面或其表面粗糙度在微米以下的表面测定，机械式表面粗糙度测量仪器已无能为力。超声波频谱分析仪是评价此类表面参数特征的有用工具。

背面反射方法和背散射法都可以用于表面粗糙度的测量。其中，背面反射法是评价表面粗糙度较为简单的方法，可采用常规的液浸法，测出声束垂直入射至被测表面时的反射频谱，并以光滑表面上获得的频谱为参考基准，对测量频谱作归一化处理。其反射系数可写成

式中，R₀为光滑表面的反射系数; c为浸液中的声速。

在浸液声速c已知的条件下，利用归一化反射系数，可以间接计算均方根表面粗糙度h。图8-5是针对不同表面粗糙度的铝试样获得的归一化反射频谱，可以看到，由式(8-5)计算得到的均方根表面粗糙度h随频率呈抛物线变化规律。

利用超声波背散射法评价粗糙表面几何外形的原理如图8-6所示。采用脉冲回波方式进行测量，获得粗糙表面背散射压缩波的强度。图8-7为不同均方根表面粗糙度黄铜试样上测得的典型背散射曲线图。可以看出，在5MHz及15MHz下，背散射信号强度与利用表面光度仪测得的表面粗糙度之间有很好的对应关系。

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