①寬脈沖與窄脈沖在探傷中的特點
對超聲波信號進行頻譜分析時,了解寬脈沖和窄脈沖方法之間的差別非常重要。窄脈沖對應的是寬頻帶,可獲得很寬頻率范圍內的信息,但犧牲了靈敏度。寬脈沖對應著窄頻帶,其優點在于給定頻率上的靈敏度較高,能捕捉到組織結構的細微差別帶來的頻域信號特征的變化;缺點是在許多頻率下采集數據比較費時,通常只用于對靈敏度要求高的場合。
為了提高距離分辨率,超聲波脈沖的持續時間應越短越好,至少熒光屏上顯示的脈沖寬度要小于兩個缺陷在熒光屏上的聲程差。顯然,窄脈沖的距離分辨率比寬脈沖的高。
對于橫向分辨率,情況正好相反。因為聲束的指向性越好,聲束截面越小,橫向分辨率越高,也就是橫向分辨率主要由聲束擴散角決定;而窄脈沖的最大聲束擴散角是由它所包含的最低頻率成分決定的,故中心頻率為某一數值的窄脈沖,其聲束擴散角要比同頻率寬脈沖的大些,所以窄脈沖的橫向分辨率較寬脈沖的低。同時也要注意到由于低頻對小缺陷不靈敏等原因,窄脈沖橫向分辨率的高低與缺陷大小有關。
探傷中應注意寬脈沖產生的干涉現象對探傷結果的影響。例如,測量溝槽深度時,當溝槽深度在波長數量級時,由于干涉現象的存在,回波波高與槽深的關系是非單調的,即隨槽深的增加,回波波高出現多次峰谷值。窄脈沖有利于消除干涉現象的影響。
實際應用中,熒光屏上所顯示的電脈沖除與探頭發射的超聲波脈沖有關以外,還與探頭的聲電轉換特性、接收放大器的中心頻率和放大器的頻帶有關,需加以注意。
②脈沖波的聲速
超聲波的速度分為相速度和群速度。相速度是指單一頻率的聲波在介質中的傳播速度;群速度是多個相差不多的頻率的波在同一介質中傳播時互相合成后的包絡線的傳播速度,其是波群(波包)的能量傳播速度。相速度和群速度的關系如圖1-13所示。
當聲波在工件界面產生干涉現象時(例如板波的情況),聲速就會與頻率有關,此時,窄脈沖所含各頻率諧波的聲速不同,疊加后的窄脈沖聲速也會發生變化。因此對窄脈沖,只有當工件厚度遠大于波長時,才能忽略這種速度變化現象。
此外,在具有頻散特性的介質中傳播的各種頻率成分的脈沖波,將以不同的群速度傳播。在傳播過程中,脈沖波形將隨著聲程的增大而發生畸變。脈沖寬度越窄,畸變程度越大。
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