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超聲波在介質中衰減公式/方程

2021-08-07 17:55:47 admin 710

平面波不存在擴散衰減,只存在介質衰減,其聲壓衰減方程為:

Pχ=P0e-αx

式中

P0——波源的起始聲壓;

Px——至波源距離為工處的聲壓;

x——至波源的距離;

α——介質衰減系數,單位為NP/mm;

e——自然對數的底(e =2.718···)。

球面波與柱面波既存在擴散衰減,又存在介質衰減,它們的聲壓衰減方程分別為:

球面波:Px=P1e-αx/x

柱面波:   Px=P1e-αx/√x

式中P1——至波源的距離為單位1處的聲壓。

2.衰減系數

衰減系數α只考慮了介質的散射和吸收衰減,未涉及擴散衰減。對于金屬材料等固體介質而言,介質衰減系數α等于散射衰減系數αs和吸收衰減系數αα之和。

α=αα+αs

αα=c1f

(1)αs=c2Fd3f4     d<λ

(2)αs=c3Fdf2       d≈λ

(3)αs=c4F/d        d>λ

式中

f ——超聲波頻率;

d——介質的晶粒直徑;

λ——波長;

F——各向異性系數;

c1、c2、c3、c4——常數。

由以上公式可知:

(1)介質的吸收衰減與頻率成正比。

(2)介質的散射衰減與f、d、F有關,當d<λ時,散射衰減系數與f、d3成正比。在實際檢測中,當介質晶粒較粗大時,若采用較高的頻率,將會引起嚴重衰減,示波屏出現大量草波,使信噪比明顯下降,超聲波穿透能力顯著降低。這就是晶粒較大的奧氏體鋼和一些鑄件檢測的困難所在。

對于液體介質而言,主要是介質的吸收衰減。

式中

α=αα=8π2f2η/2ρc3

η——介質的黏滯系數;

ρ——介質的密度;

c——波速。

由上式可知,液體介質的衰減系數α與介質的黏滯系數和頻率平方成正比,與介質中的密度和波速立方成反比。

由于η、ρ、c與溫度有關,所以α也與溫度有關。一般是α隨溫度的升高而降低,是因為溫度升高,分子熱運動加劇,有利于超聲波的傳播。

以上討論說明,介質的衰減與介質的性質密切相關,因此在實際工作中有時可根據底波的次數和幅度來衡量材料衰減情況,從而判定材料晶粒度大小、缺陷密集程度、石墨含量以及水中泥沙含量等。

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