無(wú)損探傷超聲波的波動(dòng)特性有哪些

無(wú)損探傷超聲波的波動(dòng)特性主要有以下幾點(diǎn)

 1. 惠更斯原理

  波源的振動(dòng)導(dǎo)致波動(dòng)，波的傳播要靠質(zhì)點(diǎn)間力的作用。假設(shè)傳播媒介是連續(xù)的，那么一點(diǎn)的振動(dòng)都會(huì)擾動(dòng)周邊各個(gè)點(diǎn)，因此在波的傳播過(guò)程中任一振動(dòng)點(diǎn)都被視為新的波源。荷蘭物理學(xué)家克里斯蒂安·惠更斯于1690年提出這一理論，總結(jié)為：介質(zhì)中波動(dòng)傳播到的各點(diǎn)都可以看作發(fā)射子波的波源，在其后的任一時(shí)刻，這些子波的包跡就決定了新的波陣面?；诨莞乖?，只需某一時(shí)刻的波陣面，就可以推算出波前的幾何形狀以及波的傳播方向。如圖為惠更斯原理示意圖。

 2. 波的衍射

 衍射是指波繞過(guò)障礙物的邊緣面而繼續(xù)向前傳播的現(xiàn)象，如圖所示。在波的傳播過(guò)程中，當(dāng)碰到與自身波長(zhǎng)長(zhǎng)度近似的障礙時(shí)，能繞過(guò)其邊緣，改變方向繼續(xù)前進(jìn)，所以又稱(chēng)波的繞射。圖所示為水面上波遇到小孔徑障礙時(shí)的衍射現(xiàn)象示意圖。

 波的衍射與小孔尺寸、波長(zhǎng)大小有關(guān)，當(dāng)小孔的尺寸大于波長(zhǎng)時(shí)，反射強(qiáng)，認(rèn)為近乎全反射。在波長(zhǎng)大于小孔尺寸時(shí)，衍射效果清晰。在超聲探傷中，如果缺陷尺寸過(guò)于微小，遠(yuǎn)低于波長(zhǎng)，就會(huì)因?yàn)檠苌鋵?dǎo)致反射回波強(qiáng)度較弱，缺陷回波很低的情況，出現(xiàn)漏檢。因此通常認(rèn)為超聲波探傷的靈敏度大概為介質(zhì)中聲波波長(zhǎng)的1/2。波的衍射對(duì)超聲探傷而言，既有利又有弊。由于波的衍射，使超聲波能夠繞過(guò)晶粒繼續(xù)在介質(zhì)中前進(jìn)，是有利于檢測(cè)的，但同時(shí)由于衍射，使得些小缺陷回波不夠明顯，進(jìn)而導(dǎo)致漏檢，是不利于檢測(cè)的。

 3. 波的疊加

 當(dāng)多個(gè)波在同一介質(zhì)中某處相遇時(shí)，此處的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況是由這些波的相互疊加，該質(zhì)點(diǎn)位移是這些波位移的矢量和。而這些波過(guò)后，繼續(xù)保持自身頻率、幅值、波長(zhǎng)、傳播方向等性質(zhì)繼續(xù)前進(jìn)，這就是波的疊加性，又稱(chēng)波的獨(dú)立性原理。比較常見(jiàn)的一種是向水中投入兩個(gè)或以上石子，就可以看到以石子為中心產(chǎn)生的圓形水波在相遇處疊加，相遇后仍按原來(lái)傳播方向保持原來(lái)特性繼續(xù)傳播。

4. 波的干涉

 多列波相遇在空間中某處時(shí)，其疊加的情形是較為復(fù)雜的，可以合成多波的干涉種形式的波動(dòng)。最簡(jiǎn)單的一種疊加就是兩列頻率相同，振動(dòng)方向相同，相位差恒定的波相遇時(shí)，介質(zhì)中部分位置的振動(dòng)相互加強(qiáng)，而另一部分的振動(dòng)相互減弱甚至歸零的現(xiàn)象叫作波的干涉。相干條件是同頻率、同振動(dòng)方向、恒定相位差，對(duì)應(yīng)的波稱(chēng)為相干波，對(duì)應(yīng)的波源稱(chēng)為相干波源。

5. 駐波

 駐波是干涉現(xiàn)象的特例。在振幅相同的情況下，兩列相干波在同一直線(xiàn)上反向移動(dòng)疊加后的波，稱(chēng)駐波。駐波的波腹和波節(jié)位置總是固定不變的，其相位也不隨位置變化故駐波的波形是強(qiáng)弱相間的，并且不會(huì)隨著時(shí)間變化，似乎永駐不動(dòng)，由此得名駐波。駐波中相鄰波腹或波節(jié)的距離為λ/2，相鄰波敗與波節(jié)的距離為λ/4。當(dāng)待測(cè)件厚度為超聲波長(zhǎng)的1/2或整數(shù)倍時(shí)，入射波與底面反射波同相，待測(cè)件內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生駐波，引起共振?；隈v波現(xiàn)象，研究人員設(shè)計(jì)了共振式超聲波測(cè)厚儀，利用測(cè)得的共振頻率來(lái)檢測(cè)各類(lèi)材料的厚度。