层状介质声速的定性分析

         已知介质1、3的纵波声速及密度，假设层2的密度 及衰减系数 为常数，对层2声压反射系数相位谱与纵波声速 关系的研究发现，随着 增加至某一临界值 时， 对应的相位极值变化规律发生变化，即由极小值向极大值变化变为由极大值向极小值变化，且相位极值的绝对值逐渐减小；此外，当声速 增大时，相位谱中的谐振频率 等呈单调递增变化(见图7-24)。利用相位谱极值间的变化规律和谐振频率的相对关系可以对层2的声速进行分析。

        采用等离子体喷涂法制备 涂层，借助TEMP—6型强流脉冲离子束(High-Intensity Pulsed lon Beam, HIPIB)装置对部分涂层试样进行辐照，离子束参数为：加速电压300kV，脉冲宽度70~80ns,束流密度300A/cm2。对原始涂层及HIPIB辐照后涂层进行超声波实验测试，得到了声压反射系数相位谱(见图7-25)，发现对于原始涂层声速满足 ，而对于辐照后的涂层声速则为 ，辐照后涂层相位谱上 对应的相位极值间变化情况的改变以及 的右移均说明了辐照后涂层声速增大，这与SEM观察到辐照后涂层表面光滑致密及内部微孔隙和微裂纹的减少相吻合(见图7-26和图7-27)。

图7-24  层状介质声速 与声压反射系数相位谱的关系    

 图7-25   涂层声压反射系数相位谱实验结果

图7-26  原始涂层及HIPIB辐照后涂层表面形貌

a）原始涂层    b）辐照后

图7-27  原始 涂层及HIPIB辐照后涂层横截面形貌

a）原始涂层    b）辐照后

3.层状介质中衰减系数与相位谱极值的关系

        已知介质1、3的纵波声速及密度，假设层2密度 及纵波声速 为常数，对层2声压反射系数相位谱与层中衰减系数关系的研究发现， 的变化不会影响谐振频率 和 的大小，而仅影响到相位谱极值间的变化情况和极值的绝对值大小(见图7-28)。当衰减系数 小于某一临界值 时， 、  对应的相位极值均由极小值向极大值变化，而衰减系数  时， 、 对应的相位极值则均由极大值向极小值变化，且相位极值的绝对值随增大而单调递减。此处不再给出相应的实例。

        综上所述，围绕层状介质密度、纵波声速 和衰减系数与声压反射系数相位谱中的相位极值变化规律及谐振频率之间的内在联系，当、 和中任意两个参数固定时，可根据层状介质的相位谱对另外一个参量进行超声表征。

图7-28  层状介质衰减系数与声压反射系数相位谱的关系