超声缓冲杆材料检测研究范文

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《工程与试验杂志》2014年第四期

1超声波在圆柱杆中的导波与尾随信号

尾随信号的产生设一均匀振动的超生纵波从实心圆柱杆的一端射入（入射角为α）。进入该圆柱杆中的纵波L1，在圆柱杆的边界处发生波型转换，一部分继续以纵波L1的形式传播，另一部分则转换为横波S1（其反射角为β）。横波S1在传播到圆柱杆另一边界时，会再次发生波型的转换［6］，得到横波S2、纵波L2，如此不停地转换，直至从杆的另一端射出（如图1所示）。超声波在有限长杆中经多次波型转换，最后，有限长杆另一端的纵波探头接收到的回波是不同的。在圆柱杆中，这些波的传播模式有所差别，传播路径有所不同。因此，超声信号到达接收端的时间就有所差异，从而形成一连串尾随脉冲。由于尾随信号产生于固／气界面的模态转换，因此，尾随信号的能量总和与主脉冲回波信号能量的比值，在一定程度上可以反映超声波在缓冲杆中衰减的程度。为了减少该比值，可以采用更换材料介质的方法。

2利用

Matlab仿真超声波在铝、PEEK中的回波情况在超声回波中，常常伴有尾随脉冲信号，这些尾随脉冲的间隔由杆的直径和声速决定［8］。现通过仿真，研究超声波在铝、PEEK介质中的回波情况。仿真研究采用5MHz的纵波探头，其发射的脉冲信号为正弦高斯脉冲，振幅为1V，脉冲宽度为2Ls。在铝杆中，纵、横声波的速度分别为6300m／s、3100m／s，在PEEK杆中，纵、横声波的速度分别为2550m／s、1150m／s，脉冲信号由缓冲杆右端面入射。

2.1Matlab试验仿真用Matlab进行仿真，相同长度、直径下，铝杆和PEEK杆中超声回波的仿真结果如图2－图5所示。

2.2结果分析从图2－图5可以看出，在相同长度、直径下，超声波经圆柱缓冲杆端面的反射回波中，PEEK杆中尾随脉冲信号的幅值明显低于铝杆中的尾随脉冲信号，尾随回波信号的间隔也相对较宽。事实上，相对于金属缓冲杆来说，非金属缓冲杆的衰减较大，使得尾随回波信号的能量减小。由于非金属材料的声速小，在直径相同时，尾随回波信号的间隔相对较宽。试验结果与实际情况比较吻合。

3结论

使用超声缓冲杆作为高温介质检测时，在满足低声衰减、耐高温等的要求下，使用非金属材料作缓冲杆可以得到较高信噪比和幅值的超声回波信号。另外，低声速、低声阻抗等特点，使非金属缓冲杆在超声检测时比金属缓冲杆更有优势。本文的试验结果也为工作于恶劣环境、还要保证高信噪比的超声缓冲杆的设计提供了参考。

作者：张勇 顾强 刘时华 单位：中北大学机电工程学院