厚度检测技术

       短脉冲超声波是一种相干波，反射体将这种相干波分割为两个或多个部分。各部分之间的相位不同，它们之间可以发生干涉现象。厚度较薄试件(板、管等)上下表面的反射波可以发生干涉。对于含有连续宽频带的脉冲波，在频谱图上会出现极大值和极小值点。这些极大值和极小值点是离散的，它们出现的位置与检测点处板的厚度有关。

厚度检测技术

       图6-23频谱图中A曲线(虚线)所示为10MHz聚焦探头厚钢板上表面接收到的反射波频谱。此时由于板的厚度足够大，上、下表面反射波完全分离。图6-23频谱图中的B曲线为探头聚焦到金属管外表面时反射波的频谱图。如图6-23中B所示，该金属管为铌合金管，管的壁厚为0.28mm(0. 011in)。在该频谱曲线9MHz的位置处出现了明显的干涉极小值。这是由于管子内外表面反射波能量的叠加造成的。

图6-23  厚度较薄的反射体厚度与频谱之间的依赖性

       根据傅里叶变换模型可以预测出这种极小值的出现。厚度T’与极小值对应的频率f之间的关系为

式中，C为被测材料内部的声速，C的值可能会与其常用值之间存在差别，其原因是材料内部的声速与其制备工艺有关。所以，如果需要测出试样上各点的厚度绝对值，事先必须测出其上某一点的厚度值以作为标度。

        图6-24将管子以其轴线为中心转动，使探头焦距位于管子壁厚较薄一侧，则反射波频谱中干涉极小值对应的频率位置将发生移动。频率位置移动的大小，相当于在标称为0.28mm(0.011in)壁厚的管子上厚度发生了0.025mm(0.001in)的变化。频率移动的绝对值可以由下式求出:

式中，和 ，和 分别为管子薄壁侧和厚壁侧壁厚和频谱图中干涉极小值对应的频率位置。式(6-10)可以应用于试样上的任意两点。对式(6-10)给出以下的近似和定义：

式中，是标准试样的厚度，可以得到下式

则式(6-9)变为

式中，为标准厚度处干涉极小值对应的频率。联立式(6-11)和式(6-12)可以得到

上式可以用于分析试样上不同点处厚度的变化。和 的值可以通过试验确定(可以采用干涉极小值的平均位置)。在 已知的情况下，可以根据式(6-13)求出,它们具有相似的精度(误差一般小于10%)。式(6-13)的优点是在不需要对厚度进行精确校准或声速C未知的情况下，只需要给出一个近似的标准厚度就可以求出试样上不同点之间的厚度变化，而该条件通常是很容易满足的。如果 /超过15%，式(6-13) 就不再适用了。

图6-24  反射波频谱与反射体厚度变化之间的关系