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干涉模型

来源: | 发布日期:2022-07-13

       一个包含多重频率的超声波波前传播到位于远场区的尺寸为d的衍射体处时,这束超声波已经近似等价于平面波。Adler和Whaley[5]提出了一种干涉模型来解释观察到的频谱变化,这种变化是由于缺陷对声波的散射作用造成的。他们认为除了缺陷对反射波造成的镜面反射外,缺陷边缘处产生的Huygen二级球形子波之间的干涉可用来解释人们所观察到的频谱特征。

图6-17为干涉模型示意图,设探头轴线与反射体法线之间的夹角为17


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当考虑两列这样的子波时,可以得到以下的干涉条件:


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式中,20为子波发生有效干涉时对应的频率值;n是整数;e是介质中的声速; d是缺陷直径(假定缺陷处于探头的远场区内);θ是探头法线与缺陷之间的夹角(为了简化起见,假定它们处于同一平面内)。

       为了检验上述模型,建立了一套超声波试验系统,该装置采用水浸方法,探头距离试样上表面152.4mm(6in)。一个2. 25MHz的硫酸锂探头激发出一个未经调制短脉冲的超声波,该探头同时作为发射和接收探头使用(反射法)。由于采用了很高的阻尼,该探头的发射频带为0. 5~4MHz。通过设置闸门,可以选取特定的反射波,其频谱由频谱分析器给出。对于每一个θ 值,将实验所得的干涉极大值之间的频率间隔与干涉模型计算得到的结果进行比较。

       图6-18给出了直径为3.2mm(0.125in)的反射体频谱极大值之间频率间隔的理论计算值和实测值。当角度θ较小时,理论计算值和实测值之间存在偏差的原因为:此时,镜面反射波比较强,它与干涉波相互叠加造成干涉峰值的观察比较困难。

       根据干涉原理还可以用来确定反射体的尺寸。

       研究中制作了一系列形状随机分布的黄铜垫片,用作尺寸待定的反射体,如图6-19所示[10]。除了圆环形,椭圆形和长方形反射体外,其中还包括一些具有任意形状、尺寸的反射体(4、5和8号反射体)。

   

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表6-2给出了所有反射体尺寸的真实值和测量值,超声波测量结果与实际尺寸之间符合良好,超声波测量误差为10%~15%[10]。


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       此外,通过对两根直径同前述实验所用黄铜杆相差不多的有机玻璃杆所作的实验,证明干涉模型的适用性与反射体的声阻抗无关。




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