超声波检测技术

超声工业测量技术

在非电量电测技术中，许多非电量可以通过电学方法加以测定，同样，许多非声量也可通过声学方法来加以测定，这就是所谓超声工业测量技术。非电量的电测主要是通过一些元件的电阻、电容或电感等量来进行的。在超声工业测量技术中，非声量的测定也往往是通过某些媒质声学特性(主要是声速、声衰减和声阻抗率等)的测量来进行的。

超声工业测量技术中应用最广的是媒质的声速这一物理量。

第一，媒质的声速与媒质

的许多特性有直接或间接的关系。有些关系非常简单直接，已有精确的理论公式，例如，在测定声速和密度后，就可求出媒质的弹性模量。有些关系比较间接而且复杂，但在特定的条件下，仍可以建立一些半理论或纯经验的关系式，例如，媒质的成分，混合物的比例，溶液的浓度，聚合物的转化率，某些液体产品的比重，某些材料的强度等等，都可与声速建立一定的关系，利用这些关系，就熊通过测量声速来测定这些媒质的非声特性。上述原则是声速分析仪的基本原理。

第二，媒质的声速与媒质所处的状态也有相互关系。例如，媒质的温度、压强和流速等状态参量的变化都会引起相应的声速的变化。如声学温度计、超声波风速仪和超声流量计就是用这一类关系来测量温度或流量的。

第三，其他应用，例如在声速c已经测知的媒质中，可以利用声波传播距离L和传播时间t 的关系L=ct，或利用波长λ和频率f(或周期T)之间的关系c=fλ=λ/T，进行超声测距的应用。如超声液位计和超声测厚计就是这一方面的典型应用技术。

声阻抗率方法也是一种较常用于媒质特性分析的技术。在这种技术中，所测定的声学

量是换能器对媒质的辐射阻抗率。如果换能器在媒质中所激起的是平面纵波行波，则辐射阻抗率就是声阻率ρc。当两种媒质的声速c几乎相同，但密度ρ有很大不同时，往往就可根据ρc的测量来加以区别。在同时测得声速的情况下，也可用这种方法来测量液体的密

度p或弹性模量ρc2等。如果换能器在液体媒质中激起的是切变行波，其声阻抗率将与

成正比，η是液体的粘性，这就是超声粘度计的原理。如果换能器是在流体中作弯曲振动的，则其辐射声抗率将与流体的密度p有关，因而使换能器的共振频率随p而变化，这也是一种可以精确测定液体密度的原理。

遇到需要采用声学方法来测定一个非声量的情况时，在声速、衰减和阻抗这三种技术途径中，应按什么准则来决定取舍呢?第一是看要测的非声量究竟与那一个声学量的关系比较明显。这就是说，相应于同样大小的非声量的变化，如果某一声学量能够有最大的变化，这一声学量就比较值得考虑。第二，应该考虑到声速、衰减和声阻抗率都是随很多因素变化的，除待测的那种非声量外，其他媒质特性或媒质状态的变化往往也会引起声学量的变化，对于须测的非声量来说，这些其他因素引起的变化就是一种干扰。因此，选用某种声学量的途径时，应注意干扰因素要尽可能少，干扰影响要尽可能小，或可采用切实可行的补偿措施来避免这些干扰。第三，挑选技术途径时必须注意满足现场的使用、安装和维护等条件并应达到要求的精度，在这一前提下还应力求稳定耐久和方便可靠，才能有较高的实用价值。上述准则只是一些原则性的意见，还应根据具体情况作具体的考虑。

声发射检测技术

材料或结构受外力或内力作用产生形变或断裂 ,以弹性波的形式释放出应变能的现象称为声发射。各种材料声发射的弹性波的频率范围很宽 ,从次声频、声频到超声频 ,因此 ,

声发射也称为应力波发射。如果声发射释放的应变能足够大 ,可以产生听得见的声音。但大多数材料或结构的声发射信号强度很弱 ,必须使用灵敏的声发射检测仪器才能检测出来。用仪器检测、分析声发射信号和利用声发射信号来评估和推断声发射源(材料内的应变或裂纹)特性技术称为声发射法。

声发射检测是声无损检测中一种重要的方法。它与超声、 X射线、涡流等其他无损检测方法的根本区别在于声发射是一种动态无损检测方法 ,是在材料或试件内部结构、缺陷或潜在缺陷处于运动变化过程中来实现无损检测。这些裂纹等缺陷是主动参与检测过程。如果这些缺陷没有变化或发展 ,就没有声发射 ,也就不能实现声发射检测。另外 ,由于声发射信号来自于缺陷本身 ,而且直接与缺陷的变化有关 ,因此 ,声发射检测还能用来判断缺陷的严重性。除极少数材料外 ,大多数金属和非金属材料在一定条件下都有声发射产生 ,所以 ,声发射检测几乎不受材料的限制。此外 ,利用多通道声发射装置 ,可以对声发射源进行定位 ,这对于大型结构如锅炉等检测特别有利。然而 ,由于材料变形、裂纹扩展等的不可逆性 ,声发射也具有不可逆性。因此要进行声发射检测 ,必须了解材料受力的历史 ,或在构件第一次加载时进行检测。

声发射检测技术作为一种无损检测，在电力设备中运用包括水轮机组空化、噪声监测，变压器内部局放监测，多点监测还可以对局放生源几何定位。

所以超声工业测量技术的应用面非常广。