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探头的时间响应特性

来源: | 发布日期:2022-07-01

①暂态特性

       探头时间响应特性也叫探头的暂态特性。由于超声波换能器大都工作在暂态状态下,对暂态下信号传输特性的分析是深入了解超声波信号频谱特性的基础。所谓暂态特性分析,是讨论探头在已知电脉冲激励下,在负载中产生的超声波脉冲的相应特性,或探头在负载中产生的超声波由界面反射回来后又被探头接收输出的电脉冲响应特性;也包括在一个已知的入射声波脉冲作用下,探头输出的电脉冲响应特性。

       根据暂态特性分析理论,对于机电耦合系数小的弱耦合压电材料,当在压电晶片上施加电脉冲时,能够在晶片一方介质(负载或背衬内)产生一定周期的声脉冲序列,且声脉冲的波形形状与激励电压脉冲一致, 幅度都如同δ脉冲激励一样乘上相应的透射和反射系数及转换系数。由此,可以采用任意形式的电压脉冲激励,借助δ脉冲所得的结果,进一步利用图解法作波形叠加来求出辐射的声脉冲。例如,当选择如图4-14a及图4-15a所示的正弦电压脉冲和阶跃脉冲激励时,在对称水负载和对称钢负载中可以分别获得如图4-14b,c及图4-15b,c所示的声脉冲。


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图4-14 正弦电压脉冲激励在水中   

                                和钢中的辐射脉冲                                   

                                                                                   

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 图4-15 阶跃脉冲激励在水,钢中的辐射脉冲


 a)电压波形   b)对称水负载声脉冲   c)对称钢负载声脉冲



②辐射声场特性

       换能器辐射的空间响应特性,也叫辐射声场特性,是换能器又一重要性质。相关内容在很多资料中可以查阅。需要指出的是,如前所述,由于超声检测多在暂态条件下工作,因此相对于稳态情况而言,人们更关心换能器暂态辐射声场特性。

       研究表明,一个圆形纵波换能器向固体介质辐射的暂态声场,是由直达波、边缘纵波、边缘横波、头波及表面波等部分组成,如图4-16所示。图中03 为直达波,04为边缘纵波,05 为边缘横波,06为头波,07 为表面波,这些波的强弱不同,对超声检测的影响也有待于进一步研究。其中比较明确的是,边缘波的存在会大大降低超声检测时的纵向分辨力。对于窄脉冲有时会带来虚假信号,给信号识别带来困难。


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图4-16  暂态圆源激励的声场

 


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