Page 113 - 201901
P. 113
第 38 卷 第 1 期 曾雪峰等： 基于空耦超声的复合材料黏弹性评价方法 109
1.3 接触式超声底面回波法与空气耦合超声穿透 分析，三者幅度谱中的峰值频率都为 0.87 MHz。根
法对比 据接触式超声底面回波法对损耗角正切值 tan δ 的
利用接触式超声底面回波法和空气耦合超 计算公式，求得在峰值频率 0.87 MHz 处的 tan δ 为
声穿透法分别对同一块橡胶材料的黏弹性进行 1.05。橡胶材料的损耗角正切值tan δ 与频率的关系
评价，并且将两种方法结果进行对比，根据对比 如图6所示。
结果来对空气耦合超声穿透法的可靠性进行验
证，检测步骤如上文所述。采用橡胶材料作为实
验材料，以环氧树脂作为楔块。其中，楔块尺寸
为 92 mm × 60 mm × 30 mm；实验材料尺寸为
150 mm × 150 mm × 50 mm。接触式超声底面回波
法使用的是超声纵波直探头(频率0.8 MHz、压电晶
图 6 橡胶材料的损耗角正切值示意图
片的直径 20 mm)；空气耦合超声穿透法使用的是
Fig. 6 Loss angle tangent of rubber material
空气耦合专用纵波平探头(频率0.8 MHz、压电晶片
1.3.2 空气耦合超声穿透法结果
尺寸14 mm × 20 mm)。
通过空气耦合超声穿透法对橡胶材料黏弹性
1.3.1 接触式超声底面回波法结果 进行评价，步骤如下：
通过耦合剂将探头与楔块进行耦合，原理如 (1) 求超声波在空气中的衰减系数a 1 (f)
图 1 所示，并且将楔块底面上的回波信号记为 A 0 ， 当两探头之间的间距分别为 65 mm 和 90 mm
信号A 0 如图 5(a)所示。然后，通过耦合剂将探头与 时，探头所接收到的超声波分别记为A 1 和A 2 ，其波
楔块、实验材料进行耦合，将在楔块与材料界面上的 形如图 7 所示。对波形 A 1 和波形 A 2 的第一个包络
反射回波记为波形 A，将材料底面的反射回波记为 点画线区域内进行频谱分析，分别得到波形A 1 和波
波形 B，此时接收到的波形如图 5(b) 所示。分别对 形A 2 的幅度谱，根据超声波在空气中的衰减系数计
波形A 0 、波形A和波形B的点画线区域内进行频谱 算公式，求出衰减系数a 1 (f)的结果如图8所示。
图 5 波形 A 0 和波形 A、波形 B 示意图 图 7 波形 A 1 和波形 A 2
Fig. 5 Waveform A 0、A and B Fig. 7 Waveform A 1 and A 2
