超聲波在介質(zhì)中衰減的原因
引起超聲波衰減的主要原因是波束擴(kuò)散、晶粒散射和介質(zhì)吸收。
擴(kuò)散衰減
超聲波在傳播過程中,由于波束的擴(kuò)散,使超聲波的能量隨距離增加而逐漸減弱的現(xiàn)象稱為擴(kuò)散衰減。超聲波的擴(kuò)散衰減僅取決于波陣面的形狀,與介質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。平面波波陣面為平面,波束不擴(kuò)散,不存在擴(kuò)散衰減。柱面波波陣面為同軸圓柱面。波束向四周擴(kuò)散,存在擴(kuò)散衰減,聲壓與距離的平方根成反比。球面波波陣面為同心球面,波束向四面八方擴(kuò)散,存在擴(kuò)散衰減,聲壓與距離成反比。
2.散射衰減
超聲波在介質(zhì)中傳播時,遇到聲阻抗不同的界面產(chǎn)生散亂反射引起衰減的現(xiàn)象,稱為散射衰減。散射衰減與材質(zhì)的晶粒密切相關(guān),當(dāng)材質(zhì)晶粒粗大時,散射衰減嚴(yán)重,被散射的超聲波沿著復(fù)雜的路徑傳播到探頭,在示波屏上引起草狀回波(又叫草波),使信噪比下降,嚴(yán)重時噪聲會淹沒缺陷波,如圖所示。
3.吸收衰減
超聲波在介質(zhì)中傳播時,由于介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)間內(nèi)摩擦(即黏滯性)和熱傳導(dǎo)引起超聲波的衰減,稱為吸收衰減或黏滯衰減。
除了以上三種衰減外,還有位錯引起的衰減,磁疇壁引起的衰減和殘余應(yīng)力引起的衰減等。
通常所說的介質(zhì)衰減是指吸收衰減與散射衰減,不包括擴(kuò)散衰減。