2.频域法

Hsu和Nair考察了石墨-环氧复合材料的孔隙形状，将该种材料的孔隙近似看成具有椭圆截面的长柱状孔，孔隙长度与孔隙横截面尺寸的比值很大，从频域分析的角度研究了衰减系数随频率变化率d /df与孔隙率之间的关系。

实验用石墨-环氧复合材料，试样尺寸4cmx4cmx0.1cm。采用透射法和反射法来测量超声波衰减，探头的中心频率10MHz，非聚焦；超声波与纤维垂直入射；反射法时探头与试样的距离为7.5cm，透射法时，两探头距离15cm。由于孔隙分布的不均匀性，因此在试样表面选5~ 10个点进行测量，得到d /df的平均值。

通过对一宽频带探头采集的信号进行频谱分析，可以求得每一孔隙对应的d /df。实验结果如图7-3所示，理论与实验结果符合得很好，对于单向和准备向同性石墨-环氧复合材料，d /df 和P的关系近似成一条直线。

图7-3  孔隙率与d /df的关系(实线包括了无孔隙时的背景衰减斜率，虚线表示纯孔隙引起的理论衰减斜率

Hsu和Nair在实验中发现，孔隙率不仅与d /df之间有良好的线性关系，而且随着孔隙率的增加，中心频率单调降低。中心频率的下降量与孔隙率P也存在线性关系。中心频率发生变化的物理机理是衰减随频率变化，即高频导致高衰减，低频导致低衰减。

Hsu在用超声波对编织型石墨-聚酰亚胺复合材料的孔隙率进行检测时，也发现了上述与Hsu和Nair等人类似的实验现象，并与理论结果进行了比较，如图7-4所示。可以看到，对于高孔隙率(<10%)试样，理论曲线和实验结果符合得非常好，而孔隙率很小的试样，误差较大。这是该理论公式的缺陷，然而对于孔隙大于4%的材料，由于衰减非常大，已经没有检测的必要了。

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