超聲緩沖桿材料檢測(cè)研究范文

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《工程與試驗(yàn)雜志》2014年第四期

1超聲波在圓柱桿中的導(dǎo)波與尾隨信號(hào)

尾隨信號(hào)的產(chǎn)生設(shè)一均勻振動(dòng)的超生縱波從實(shí)心圓柱桿的一端射入（入射角為α）。進(jìn)入該圓柱桿中的縱波L1，在圓柱桿的邊界處發(fā)生波型轉(zhuǎn)換，一部分繼續(xù)以縱波L1的形式傳播，另一部分則轉(zhuǎn)換為橫波S1（其反射角為β）。橫波S1在傳播到圓柱桿另一邊界時(shí)，會(huì)再次發(fā)生波型的轉(zhuǎn)換［6］，得到橫波S2、縱波L2，如此不停地轉(zhuǎn)換，直至從桿的另一端射出（如圖1所示）。超聲波在有限長(zhǎng)桿中經(jīng)多次波型轉(zhuǎn)換，最后，有限長(zhǎng)桿另一端的縱波探頭接收到的回波是不同的。在圓柱桿中，這些波的傳播模式有所差別，傳播路徑有所不同。因此，超聲信號(hào)到達(dá)接收端的時(shí)間就有所差異，從而形成一連串尾隨脈沖。由于尾隨信號(hào)產(chǎn)生于固／氣界面的模態(tài)轉(zhuǎn)換，因此，尾隨信號(hào)的能量總和與主脈沖回波信號(hào)能量的比值，在一定程度上可以反映超聲波在緩沖桿中衰減的程度。為了減少該比值，可以采用更換材料介質(zhì)的方法。

2利用

Matlab仿真超聲波在鋁、PEEK中的回波情況在超聲回波中，常常伴有尾隨脈沖信號(hào)，這些尾隨脈沖的間隔由桿的直徑和聲速?zèng)Q定［8］。現(xiàn)通過(guò)仿真，研究超聲波在鋁、PEEK介質(zhì)中的回波情況。仿真研究采用5MHz的縱波探頭，其發(fā)射的脈沖信號(hào)為正弦高斯脈沖，振幅為1V，脈沖寬度為2Ls。在鋁桿中，縱、橫聲波的速度分別為6300m／s、3100m／s，在PEEK桿中，縱、橫聲波的速度分別為2550m／s、1150m／s，脈沖信號(hào)由緩沖桿右端面入射。

2.1Matlab試驗(yàn)仿真用Matlab進(jìn)行仿真，相同長(zhǎng)度、直徑下，鋁桿和PEEK桿中超聲回波的仿真結(jié)果如圖2－圖5所示。

2.2結(jié)果分析從圖2－圖5可以看出，在相同長(zhǎng)度、直徑下，超聲波經(jīng)圓柱緩沖桿端面的反射回波中，PEEK桿中尾隨脈沖信號(hào)的幅值明顯低于鋁桿中的尾隨脈沖信號(hào)，尾隨回波信號(hào)的間隔也相對(duì)較寬。事實(shí)上，相對(duì)于金屬緩沖桿來(lái)說(shuō)，非金屬緩沖桿的衰減較大，使得尾隨回波信號(hào)的能量減小。由于非金屬材料的聲速小，在直徑相同時(shí)，尾隨回波信號(hào)的間隔相對(duì)較寬。試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際情況比較吻合。

3結(jié)論

使用超聲緩沖桿作為高溫介質(zhì)檢測(cè)時(shí)，在滿足低聲衰減、耐高溫等的要求下，使用非金屬材料作緩沖桿可以得到較高信噪比和幅值的超聲回波信號(hào)。另外，低聲速、低聲阻抗等特點(diǎn)，使非金屬緩沖桿在超聲檢測(cè)時(shí)比金屬緩沖桿更有優(yōu)勢(shì)。本文的試驗(yàn)結(jié)果也為工作于惡劣環(huán)境、還要保證高信噪比的超聲緩沖桿的設(shè)計(jì)提供了參考。

作者：張勇 顧強(qiáng) 劉時(shí)華 單位：中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院