瑞利波产生机理解析

1.斜楔法

当纵波通过斜楔斜入射至半无限大的固体介质表面时，在入射角α满足下式的情况下，在界面上可产生瑞利波，参阅图3.5-71。

图3.5-71 瑞利波的斜楔法激励

1—压电晶片（一般为矩形） 2—斜楔 3—试件

sinα=c_l/c_R

式中 c_l——透声斜楔中纵波速度；

c_R——被检固体中瑞利波传播速度。

斜楔一般采用有机玻璃（c_l≈2680m/s）制作，对于钢（c_R≈2950m/s）此时α≈65°。(www.xing528.com)

2.叉指换能器法

典型的叉指换能器是将数千埃（10^-10m）厚的铝电极喷涂在一压电基片上。如果基片不是压电材料，可将一压电薄膜（如ZnO）溅射在基片上，再在此压电薄膜之上做叉指电极。参阅图3.5-72，如果激励电压的频率f₀被调到等于c_R/L，这里c_R为晶片瑞利波速度，L为梳齿的间距，则瑞利波将在齿下向前、后传播。在电调谐达到最佳的情况下，瑞利波的幅度成比例于压电耦合系数的平方及梳的齿数，而带宽则取决于齿的数目及长度，若齿长相同，则带宽与齿数成反比。

这种换能器的优点是波长由齿的间距确定，叉指换能器的电极一般是用光刻法制备的，所以所得频率可高达500MHz，且可在有机玻璃之类的材料上产生瑞利波，这是斜楔法所不能实现的。

图3.5-73为1～10MHz的叉指换能器，用薄薄的油层耦合到试件表面即可使用。将叉指电极沉积在PVDF压电薄膜上再粘合到重要构件（如飞机的翼梁和肋板等）上，可对关键部位进行有效的在役检测，这些部位常是被外壳或机翼蒙皮所包覆了的，用其他方式难以检测。

图3.5-72 叉指换能器示意图

图3.5-73 用于无损检测的1～10MHz叉指换能器一例——两指换能器