超声波的检测方法有哪些?

声音是一种物理现象,虽然它的瞬时存在非常明显,但并不会引起任何永久性的变化。这就是为什么声音(能量较低)非常适用于无损检测,即通过获取被测试物的确切信息来判断其状态。为此,需要一种能在被测试物内部产生明确反应但不改变其状态的方法。因此,“被动性”是声音用于材料测试所必需的最重要特征。
超声波检测
  1. 在声发射的特殊领域中,也使用被动声学,其中声波是由材料条件的自发变化而在材料内部产生的。声波是机械波,因此需要作为传导介质的媒介。无论是固体、液体还是气体,每种材料都可以通过对声波的特殊影响进行评估。
  2. 整个超声波检测的基础是声波在被测试介质内传播时受到的影响。声波经历的变化可以被测量,并根据这些变化来评估材料的状态。
  3. 材料性能的评估只能间接进行。通过模型和经验相关性,可以将声信号中的某些变化解释为材料结构的变化或夹杂物的存在等。对材料质量的评估始终取决于对信号解释的概念的可靠性
超声波的检测

用于评估材料的声音传播中的干扰始终基于相同的原理:
由界面引起的干涉。例如,由测试样品的限制面或宏观界面(如裂纹)以及微观界面(如晶界)引起的干涉。
由吸收引起的干涉。这主要是由内部摩擦产生的能量转化。在这种情况下,通过通过介质传递的信号或在界面上反射的信号来进行评估。

这些干涉的基本效应导致了不同的超声波检测方法:

共振法:
利用测试样品两个平行限制面之间的反射(图1)利用材料的共振现象来检测其特定的声学特性。通过在材料中产生共振频率的声波,并观察反射或传递的信号,可以推断材料的性质和结构。

共振法

透射法:
透射法也称为透声法或阴影法。该方法利用材料界面(材料不连续性)的遮蔽效应。该方法使用两个相对的超声探头,一个作为发射器,一个作为接收器。通过检测超声波在材料中的传播情况,包括透射、吸收和散射等,来评估材料的均匀性和缺陷。(图2),也可以使用探头位于测试样品一侧的“镜像-阴影法”(图3)。

透射法

回波法:
该方法利用材料中的不连续性反射的信号(图4)。发射探头可以与接收探头相同,也可以使用独立的发射和接收探头。

回波法

最重要的回波方法,同时也是所有超声波检测方法中最常用的方法,是脉冲回波法。通过使用超声脉冲,不仅可以评估反射指示的大小(回波幅度),还可以评估回波传播时间。因此,可以获得有关反射体大小和位置的数据。如果了解反射体的位置(来自底部),则可以通过传播时间来评估材料的结构。如果不知道反射体的位置,但了解材料的特性(衰减、声速),则可以进行壁厚度测量等。