超声波测角器技术优化

图10.3-10 超声波测角器的基本设计

超声波测角器是以声波斜入射到平界面时声波的反射和透射为基础的，只要试样有一个面是平的，即可用此法来测量试件的纵波、横波和瑞利波的速度（C_l2、C_t2、C_R2），与试件的形状无关。此法最好是使用脉冲反射技术，采用双探头方式进行，一个探头用作声的发射，另一个用作声的接收，两探头均装在旋转臂上，其角度位置可由圆形刻度盘上的游标准确测出。整个装置浸在水槽中，试样的放置要使探头的声束轴与试件的一平面相交，且此面与包含声束轴的平面垂直，如图10.3-10所示。装置设计成两个同时旋转的探头臂，对于所有的入射角，两旋转臂轴与入射面上入射点法线的夹角相同，这样反射的纵波可以用接收探头接收到。

当改变入射角达到临界角时，可观察到反射的纵波幅度有突然的变化。如果水中的纵波速度C_l1已知，通过观测这种变化，从相应的临界角可得C_l2、C_t2、C_R2(www.xing528.com)

C_l2=C_l1/sinα₁，C_t2=C_l1/sinα₂，C_R2=C_l1/sinα₃

式中；α₁、α₂、α₃为三个临界角。

为了得到高的准确度，超声波束应是平行的，对此有必要使整个声程长度保持在近场中。此外，发射和接收换能器声束轴与探头轴的重合是极为重要的。要在兆赫级频率达到声程长度在近场中这一条件有些困难，因为较之金属，水的声速较低。例如采用直径为25mm、频率为5MHz的探头，在水中的波长约0.3mm，相应的近场长度为500mm，这样，允许的最大探头-试件测试面距离为250mm。此法用于高吸收材料如许多常用的塑料是非常有利的，这也对瑞利波速度的测量提供了一方便而可靠的方法。