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超声波检测根底知识
超声场特征值及规那么反射体的回波声压
一、 超声场的特征值
充溢超声波的空间或超声振动所涉及的局部介质，叫超声场。超声场具有肯定的空间大小和形态，只有当缺陷位于超声场内时，才有可能被发觉。描述超声场的特征值〔即物理量〕主要有声压, 声强和声阻抗。
1.1, 声压P
超声场中某一点在某一时刻所具有的压强P1及没有超声波存在时的静态压强P0之差，称为该点的声压，用P表示。
声压单位：帕斯卡〔Pa〕, 微帕斯卡〔μPa〕
超声检测仪器显示的信号幅度值的本质就是声压P，示波屏上的波高及声压成正比。在超声检测中，就缺陷而论，声压值反映缺陷的大小。
1.2, 声阻抗Z
超声场中任一点的声压及该处质点振动速度之比成为声阻抗，常用Z表示。
声阻抗的单位为克/厘米2·秒〔g/cm2·s〕或千克/米2·秒〔kg/m2·s〕
单位时间内垂直通过单位面积的声能称为声强，常用I表示。单位是瓦/厘米2〔W/cm2〕或焦耳/厘米2·秒〔J/cm2·s〕。
在生产和科学试验中，所遇到的声强数量级往往相差悬殊，如引起听觉的声强范围为10-16~10-4 W/cm2，最大值及最小值相差12个数量级。明显采纳肯定值来度量是不便利的，但假如对其比值〔相对量〕取对数来比拟计算那么可大大简化运算。分贝就是两个同量纲的量之比取对数后的单位。
通常规定引起听觉的最弱声强为I1=10-16 W/cm2作为声强的标准，另一声强I2及标准声强I1之比的常用对数成为声强级，单位为贝〔尔〕〔B〕。
Δ=lg(I2/I1) (B)
实际应用贝尔太大，故长取其1/10即分贝〔dB〕来作单位：
Δ=10lg(I2/I1)=20lg(P2/P1) 〔dB〕
通常说某处的噪声为多少多少分贝，就是以10-16 W/cm2为标准利用上式计算得到的。
二、 规那么反射体的回波声压
实际检测中常用反射法，反射法是依据缺陷反射回波声压的上下来评价缺陷的大小。然而工件中的缺陷形态, 性质各不一样，且目前的检测技术还难以确定缺陷的真实大小和形态。回波声压一样的实际大小可能相差很大，为此特引用当量法。当量法是指在同样的检测条件下，当自然缺陷回波及某人工规那么反射体回波等高时，那么该人工反射体的尺寸就是此自然缺陷的当量尺寸。自然缺陷的实际尺寸往往大于当量尺寸。
超声波检测中常用的规那么反射体有平底孔, 长横孔, 短横孔, 球孔和大平面等，下面分别探讨以上反射体中常见的规那么反射体的回波声压。
波源轴线上的声压分布：
在连续简谐纵波且不考虑介质衰减的条件下，如下列图所示的液体介质中圆盘源上一点波源ds辐射的球面波在波源轴线上Q点引起的声压为：
式中 ——波源的起始声压，——点波源的面积， ——波长， ——点波源至Q点的距离；
——波数，， ——圆频率，，——时间。
依据波的叠加原理，作活塞振动的圆盘波源上各点波源在轴线上Q点引起的声压可以线性叠加，所以对整个波源面积进展积分就可以得到波源轴线上的随意一点的声压为：
其声压幅值为：
式中 ——波源半径；
——轴线上Q点至波源的距离。
上述声压公式比拟困难，运用不便，特作如下简化：
当〔即〕时，依据〔很小时〕上式可简化为：
式中 ——波源面积，〔为波源直径〕
上式说明，当时，圆盘轴线上的声压及距离成反比，及波源面积成正比。
如下图在的圆盘波源轴线上存在一平底孔〔圆片形〕缺陷，设波束轴线垂直于平底孔，超声波在平底孔上全反射，平底孔直径较小，外表各点声压近似相等。依据惠更斯原理可以把平底孔当做一个新的圆盘源，其起始声压就是入射波在平底孔处的声压，探头接收到的平底孔回波声压为：
式中 ——探头波源的起始声压；
——探头波源的面积，；
——平底孔缺陷的面积，；
——波长；
——平底孔至波源的距离。
由上式可知，当检测条件肯定时，平底孔缺陷的回波声压或波高及平底孔面积成正比，及距离平方成反比。随意两个距离直径不同的平底孔回波声压之比为：
二者回波分贝差为：
（1） 当，时：
等于12dB，这说明平底孔直径肯定，距离增加一倍，其回波下降12dB。
（2） ，时：
等于12dB，这说明平底孔距离肯定，直径增加一倍，其回波上升12dB。
如上图所示，当时，超声波在及波束轴线垂直, 外表光滑的大平底面上的反射就是球面波在平面上的反射，其回波声压为：
由上式可知当检测条件肯定时，大平底面的回波声压及距离成反比。两个不同距离的大平底回波分贝差为：
当时：等于6dB
这说明大平底面距离增加一倍，其回波下降6dB。
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