表面裂纹的表征

        宽带(0.5~10MHz)超声波瑞利波的叉指换能器可以用来探测铝块的表面状况。将铝块的表面铣一凹槽 以模拟表面裂缝，其尺寸如图7-6所示。在图7-7a中，来自凹槽的反射脉冲表明了它的存在和位置；图7-7b所示从整个凹槽的信号中仔细选择出来的只有前沿回波的信号。通过图7-7a、b的比较可以看出，由于凹槽的其他边沿形成的响应比较小，在时域内难以分辨，所以不能作出关于凹槽尺寸的判断。

           图7-6  来自凹槽的超声脉冲的倒频谱分析

                                    (上部是铣槽截面图；下部是由特征强度确定的倒频谱）                        

图7-7  自图7-6中的凹槽获取的超声波响应

 a）来自整个凹槽的时域响应  b）来自前沿参考点的时域响应  c）幅频特性曲线

        图7-7c为凹槽(实线)和前沿(虚线)相应的超声波幅频特性曲线。凹槽的其余边沿结构造成的影响可以看做是对前沿频谱的调制，当然也包含有关换能器、换能器与表面的耦合状态以及换能器与凹槽之间表面性质这几个方面的相关信息。采用倒频谱处理技术首次解释了裂纹结构对缺陷信号的调制作用。

        信号分析过程采用数字信号处理方法：将图7-7a的反射脉冲信号数字化，并通过数字信号分析技术获得对应的频谱，还可用同样的方法获得凹槽前沿脉冲信号的频谱。比较这些频谱，将由凹槽内部结构产生的调制作用分离出来，并消除换能器的电气特性、耦合状态以及换能器与凹槽之间表面波传输过程中相关变量造成的影响，最后得出以上所述的倒频谱。

       典型的处理结果如图7-6所示，此处倒频谱中的谱峰(根据计算机的打印输出直接照相)表明了表面波的传输特性，分辨力达0. 1μs。倒频谱的高度与凹槽前沿的曲率有关。应特别指出的是，接近0.8μs处的倒频谱谱峰是由凹槽的后侧面上的凸起部分引起的。