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宽脉冲和窄脉冲

来源: | 发布日期:2022-06-07

在实际超声检测中,一般使用脉冲超声波。随着超声检测技术的发展。理论和实践表明,超声波需要分成宽脉冲和窄脉冲两个大类。

根据发射脉冲周期个数的不同,脉冲波可以分为宽脉冲和窄脉冲。

超声波脉冲由检测频率下的几个声能循环组成。材料内的脉冲所占用空间的大小叫做“脉冲宽度”。从物理意义上来讲,“脉冲宽度”等于脉冲的循环数乘以测试材料中该频率下的波长,数学表达式为W=nλ。其中 n为脉冲的循环数;λ为波长。

根据这条数学式子,可以发现在同频率下,脉冲的循环数越多,脉冲宽度越宽。

在频谱分析中,另外一个重要概念是频带宽度。脉冲宽度和频带宽度分别是在时域和频域描述信号特征的两个重要参量,两者互为反比的关系,脉冲宽度越窄,对应的频带越宽;脉冲宽度越宽,对应的频带则越窄。利用频谱分析方法进行超声波检测时,为了得到尽可能宽的频带,通常使用脉冲宽度窄的探头。

在图1-7提供了脉冲循环数为和7的两个超声波信号及其频谱。观察发现,循环数为3 的脉冲宽度较窄,对应的6db带宽则较宽,约为210kHz;相比之下,循环数为7 的脉冲宽带较宽,对应的6db带宽较窄,约为90kHz

明确指出脉冲的尖锐程度主要决定于频带宽度,而不只是频率的成分的高低。例如,对于具有10~20MHz带宽的脉冲,不论其频率成分差别相差多远,其有效程度是相同的。


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通过图1-8进一步说明,其中图1-8ac e所示分别是3个脉冲宽度和主频不尽相同的脉冲,图1-8b df所展示则为对应的频谱,其中图1-8a c 所示的脉冲尽管主频相同,但是脉冲宽度不同,反映在频谱上,两者的频谱带宽度差异非常明显。对于图1-8c e 所示脉冲而言,两者虽然具有相同的脉冲宽度和频带宽度,但是主频 f0f1相差较大,频谱成分在领域内所占的区间不同。


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1-8 子波的主频、频带宽度和延续时间的关系

a)、b)宽频带脉冲及其频谱(主频f0

c)、d)窄频带脉冲及其频谱(主频f0

e)、f)窄频带脉冲及其频谱(主频f1f2>f0

另外,对于包含同样周期数的脉冲,频率较高时,脉冲宽度较小,入射面分辨力较好。因此,在要求入射面分辨力高的情况下,也常常选用高频探头。但是不同探头的性能差异大,由于阻尼不同,有一些高频探头也不一定比低频探头脉冲窄。


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