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宽脉冲与窄脉冲在探伤中的特点以及脉冲波的声速

返回列表 来源: 发布日期: 2022.10.17

①宽脉冲与窄脉冲在探伤中的特点

对超声波信号进行频谱分析时,了解宽脉冲和窄脉冲方法之间的差别非常重要。窄脉冲对应的是宽频带,可获得很宽频率范围内的信息,但牺牲了灵敏度。宽脉冲对应着窄频带,其优点在于给定频率上的灵敏度较高,能捕捉到组织结构的细微差别带来的频域信号特征的变化;缺点是在许多频率下采集数据比较费时,通常只用于对灵敏度要求高的场合。


为了提高距离分辨率,超声波脉冲的持续时间应越短越好,至少荧光屏上显示的脉冲宽度要小于两个缺陷在荧光屏上的声程差。显然,窄脉冲的距离分辨率比宽脉冲的高。


对于横向分辨率,情况正好相反。因为声束的指向性越好,声束截面越小,横向分辨率越高,也就是横向分辨率主要由声束扩散角决定;而窄脉冲的最大声束扩散角是由它所包含的最低频率成分决定的,故中心频率为某一数值的窄脉冲,其声束扩散角要比同频率宽脉冲的大些,所以窄脉冲的横向分辨率较宽脉冲的低。同时也要注意到由于低频对小缺陷不灵敏等原因,窄脉冲横向分辨率的高低与缺陷大小有关。


探伤中应注意宽脉冲产生的干涉现象对探伤结果的影响。例如,测量沟槽深度时,当沟槽深度在波长数量级时,由于干涉现象的存在,回波波高与槽深的关系是非单调的,即随槽深的增加,回波波高出现多次峰谷值。窄脉冲有利于消除干涉现象的影响。


实际应用中,荧光屏上所显示的电脉冲除与探头发射的超声波脉冲有关以外,还与探头的声电转换特性、接收放大器的中心频率和放大器的频带有关,需加以注意。

 

②脉冲波的声速

超声波的速度分为相速度和群速度。相速度是指单一频率的声波在介质中的传播速度;群速度是多个相差不多的频率的波在同一介质中传播时互相合成后的包络线的传播速度,其是波群(波包)的能量传播速度。相速度和群速度的关系如图1-13所示。


当声波在工件界面产生干涉现象时(例如板波的情况),声速就会与频率有关,此时,窄脉冲所含各频率谐波的声速不同,叠加后的窄脉冲声速也会发生变化。因此对窄脉冲,只有当工件厚度远大于波长时,才能忽略这种速度变化现象。


此外,在具有频散特性的介质中传播的各种频率成分的脉冲波,将以不同的群速度传播。在传播过程中,脉冲波形将随着声程的增大而发生畸变。脉冲宽度越窄,畸变程度越大。



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