测量各向异性材料的准纵波、准横波速度

通常，以任意角斜入射到各向异性材料上的超声波在材料中可产生三种波形，即一个准纵波和两个准横波。他们的速度可用图10.3-11所示的自参考体波法进行测量。在不同的通道上，垂直入射时的相速度可从前表面的反射和后表面的多次反射作精密测量。斜入射时的相速度（v_θi）是根据垂直入射时的相速度和由于相对于垂直入射声程长度被改变而引起时间延迟的改变来计算的。

图10.3-11 自参考体波法示意图

式中 v_n——垂直入射时的相速度；

v₀——水中的声速；

h——试样厚度。

Δt_θi——垂直入射和以任意入射角θ_i作斜入射之间渡越时间的差（Δt_θi=t_n-t_θi）。

超声波测量是在计算机控制的测角器上进行的，其角度分辨力和可重复性为0.01°。在测角器中的水温可用一水浸循环泵稳定。此系统的优点是仅用一个探头，在斜入射的情况下，透射和反射的超声波信号均可测得。时间延迟是作为入射角的函数测得的，用以计算在不同折射下的声传播速度。对于每一入射角，通常三个独立的相速度和相应的方向是可以确定的。但是由于模转换和反射及透射系数的影响，使信号幅度比较低，加之由于从时间和空间上分辨这些波形的能力有限，往往不能观察到所有三个波形。作为一例，图10.3-12所示为陶瓷基复合材料试样在1200℃氧化100h前后折射角与相速度的关系。(www.xing528.com)

为改善v_n的测量精确度，可作以下的改进：①利用窄频谱的猝发纯音信号代替宽带脉冲，这可明显减小信号在试样中通过不同距离时，由于频散和与频率有关的衰减所引起的信号形状畸变，信号之间的时间延迟则是用相应的零交叉点测量的；②在测量多次反射信号之间的时间延迟时，利用第1个零交叉点作为示波器的触发，这就自动消除了由于水温度波动和系统组件的振动而引起的信号不稳定性，也可利用到最高可能的示波器时间分辨力。

为改善在斜入射时测量的精度，可采用第2个超声波探头（如图10.3-13所示）。来自第1个探头的信号（猝发纯音）通过水和试样，而来自第2个探头的信号（脉冲）仅通过水。通过水的程长对于两个信号来说是相似的，来自第2个探头的信号用于示波器触发，以测量第1个探头的信号延迟。这样，由于水温波动和系统组件振动所引起的信号不稳定性可被自动补偿。此外，可以利用示波器的最高时间分辨力。

图10.3-12 陶瓷基复合材料试样在1200℃氧化100h前后折射角与相速度的关系

v_QL—准纵波速度 v_QT—准横波速度

应该指出，在水/固体界面，当水中入射角超过第1临界角时，由于靠近表面可出现非均匀波，横波可产生相移，这将引起一附加的时间延迟，必要时应就此进行修正。

关于速度C扫描，可参阅本手册第12篇第1.3.6节。

图10.3-13 体波速度测量，双探头试验配置的示意图