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谐振法(二)

返回列表 来源: 发布日期: 2023.05.08

举例来说,如在第二层下面存在脱粘区,谐振频率下声信号的频谱将像图10-17中虚线所示的曲线那样发生根本变化。此时,相当于上面两层合成为一个单层,谐振出现在2.5MHz附近。现在的问题是如何激励和检测这些诸振,那些在简单的厚度检测中采用的以换能器通过薄液层与试件耦合的方法,通常不能满足复杂结构检测的需要。这里有两个原因:首先,它难于在检测过程中维持稳定的耦合,而液层本身实际上使被测件增加了一个额外的层;其次,至少在商品仪器中,在激励复合谐振所要求的放大倍数下,仪器本身经常会收到与所检测结构无关的许多信息,这些信息可能是由仪器的电子线路内的谐振引起的,也可能是由换能器中径向的或其他不需要的模式的激励引起的。


好在可以用另外一种换能器以不必与被测件接触的方法进行检测。这里检查的是被测件所反射的声波的相位,实际上是探测复数输入阻抗的虚部。


再次参看式(10-7),且仍用电传输线理论类比,就能定量地确定“反射系数”R:


 灵科超声波


式中,04 为整个叠层系统的输入阻抗;Z1是第一层半无限介质的声阻抗,通常是复数。


以声波入射到单层板为例(设采用喷水探头检测时),如图10-18所示,可以将反射波的相位作为层板厚度-波长比的函数并画出曲线。可以看到,在基频半波谐振频率下,反射波经历了明显的反相。由图10-19发现,同样的反相现象也存在于图10-16所示的较复杂结构的合成谐振中。因而,检查从多层介质反射的声波相位的确是发现任何谐振频率的适宜方法。


近来,基于反射波相位检测的原理,研制了一种专为查找多层结构中脱粘区深度的装置,如图10-20所示。由斜波电压发生器驱动电压-频率转换器,产生线性扫频波型,此波型随后加到探头组件上部的换能器(Tx)上,然后将这一扫频频率调至能覆盖换能器响应频率的范围内。第二个换能器(Rx)接收两个波型:一个是直接从发射换能器来的波型;另一个是通过薄的液体耦合层,从与试件接触的声延迟端反射过来的一部分传输波。实际上,包含任何脱粘信息的反射波都会对原来的扫频波实施调制,这一调制由两个在时间上彼此相对延迟的扫频波线性叠加而成,在原来的波形上表现为幅度的波动。这个波动发生在由声延迟线的传输时间和扫频速率决定的某一固定频率处。然后,经滤波获得这一“差动”频率,再经放大送入锁相回路。上述装置的输出为直流电压信号,该信号的幅值与波形和回路中振荡器之间的相位差成正比。



在被测件中假若脱粘区恰好处于声延迟线的下面,而扫频范围又包含谐振领率,反射波便会出现反相,这必然对扫描波的相位造成影响。那么,锁相回路的输出电平也应随之而发生变化。鉴于反射波相位与谐振频率相关,因而可以同时用示波器予以监测,当然,这时示波器应显示以频率为横坐标的幅-频特性。



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