根据波源振动的持续时间,可以把超声波划分为连续波和脉冲波,如图2-21所示。
在图2-21中,Tp为脉冲的持续时间,也称脉冲宽度,在这段时间内,探头晶片发生振动而发射超声波;T为相邻两次脉冲的时间间隙,在这段时间内,探头晶片不发射超声波而处于静止状态,正好用来接收回波信号;TR称为重复周期,仪器同步脉冲的产生频率即为重复频率,重复频率是重复周期的倒数;TW为超声波的周期,它取决于探头晶片振动的周期。
图2-21 连续波和脉冲波
连续波是指介质各质点连续振动产生的波动,简谐振动所产生的简谐波就是连续波。
脉冲波是指振源做间歇振动、振动的持续时间很短(通常是微秒数量级,1μs=10-6s)所产生的波。
连续波法和脉冲波法都能在超声检测中得到运用,其中,脉冲波法是目前广泛采用的一种形式。
一个脉冲波可以分解为多个不同频率的简谐波。将复杂振动分解为简谐振动的方法,称为频谱分析。
一个声脉冲的频谱可用专门的频谱分析仪来进行分析,有的数字式超声检测仪有频谱分析功能。图2-22为对某个声脉冲做频谱分析的结果示意图。其中人们关心的频谱特征量主要有峰值频率fp、频带宽度和中心频率fc。
图中,峰值频率fp为幅度峰值所对应的频率值,此值与探头性能参数中的回波频率相对应。(www.daowen.com)
图2-22 脉冲波频谱分析示意图
频带宽度为峰值两侧幅度下降为峰值的一半时的两点频率值fl和fu之间的频率范围,简称为带宽或-6dB带宽。有时fl和fu也取幅度比峰值低3dB时的频率值,这时带宽称为-3dB带宽。脉冲的持续时间Tp越短,其频带越宽,因此超声检测中的窄脉冲探头就是宽频带探头。
中心频率fc为fl和fu之间的算术平均值,即
fc=(fl+fu)/2
探头生产厂商给出的探头参数中也常用带宽百分数BW(%)表示探头的相对频带宽度,用Δfrel表示。其计算公式为
Δfrel=[(fu-fl)/fc]×100%
Δfrel越大,则探头的频带宽度越宽。
本节讲述了关于超声波的几种常见的分类。值得注意的是,超声波探头中的波源近似活塞振动,在各向同性的介质中辐射的波称为活塞波,当距波源有足够大的距离时,活塞波的振幅衰减规律类似于球面波。
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