探头的其他问题及频谱归一化

①其他问题

       脉冲上升时间直接与频谱的带宽有关，脉冲上升时间越短，则频带越寬。脉冲上升时间则与可用的超声波频率有关，上升时间短，频带宽，频率上限也高，则可配用的探头频率相应也高。脉冲宽度也可减小，从而可减小盲区，提高分辨率。

       宽带方式在被检测材料衰减严重时，一般高频成分会受到衰减而使频带整体向低频偏移，严重时由于衰减特性的关系，使5MHz的发射波等效于3MHz的反射波。

       在采用液浸检测技术进行高频超声波检测(10MHz以上)时，特别要注意衰减问题，有时在液体中传播距离较远时，会使探头频率中高频成分大大衰减，而使声波的中心频率减低。

②频谱归一化

       在超声检测中，接收到的回波信号不但取决于被检测介质内部组织结构及缺陷等材料自身的因素，同时还与所用超声检测系统的特性有关，如何从包含众多影响因素的综合响应中把有关介质特性的信息分离出来，是超声检测中的重要环节。

       对超声检测系统分析发现，检测得到的信号是输人信号 和系统脉冲函数的卷积，系统脉冲函数由检测仪器的和检测介质的h(t)组成:

        虽然检测得到的是，但有用信息都包含在h(t)内，为了从 中消去没有意义的系统特性，必须记录在没有被检测试样状态下的系统输出信号，将其作为基准信号。然后通过下式进行频谱归一化，以达到消除探头和有关电路响应的目的:

式中，分别是 的傅里叶变换。

       下面进行举例说明。在GH33钢基体上采用电子束物理气相沉积技术( Elec-tron Beam Physical Vapor Deposition, EBPVD),制备了涂层，利用超声波脉冲回波水浸聚焦法，用25MHz的点聚焦探头采集了包含水/涂层以及涂层/基体界面波在内的反射波，其对应的幅度谱如图4-20a所示。在同样的实验条件及参数下，从光滑的铝块表面采集了反射波信号作为基准信号，对图4-20a中的幅度谱进行了归一化处理，结果如图4-20b所示。利用该归一化谱图中出现的两个极小值对应的频率间隔，根据涂层的平均纵波声速2200m/s，可以计算出涂层厚度为 ,这与金相法测得的基本相符。即在通过频谱归一化处理消除了探头和有关电路响应的影响后，在涂层信号的幅度谱中获得了反映涂层厚度的信息。

图4-20  GH33钢基体上ZrO2涂层超声回波信号的频谱

a)幅度谱      b)归一化幅度谱

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