Page 92 - 《应用声学》2021年第4期

576 2021 年 7 月

析其原因，由于λ＝u/f，其中 λ为波长，u为波速，f 距离，此处不再探讨 15 kHz 的最适接收距离，探究
为频率。其中波速由介质决定，相同的介质中波速 方法与2.3节一致。
相同。所以在同一介质中，频率越小，波长越长，表 2.5 总结及原因分析
面应力波的形成需要更大的源偏移距 (这点可以由
本节设置了长度、深度、宽度、频率 4 个对照
图 23 和图 25 的无裂缝时输出电压幅值论证得到)，
组，探讨了裂缝发展时接收端电压信号的变化规律。
在两端压电陶瓷片间距相对较近时无法对裂缝进
总结得到以下 4 点：(1) 其他条件相同，随着裂缝长
行有效识别。
度的增加，接收端电压变化规律不明显。(2) 其他
将频率设置为 15 kHz，其他设置完全相同，电
条件相同，随裂缝深度的增加，接收端电压幅值减
压时程曲线及其对应幅值如图 24 ∼ 25 所示。用频
小，且当深度发展到 15 mm 以上时，幅值出现大幅
率 15 kHz 作为激励端电压时，随着深度增加，接收 下降，相对无损情况最大幅值差为 0.8 mV，占无裂
端电压幅值也有明显的降低。并且和 10 kHz 时一
缝时电压值的 33.3%。(3) 其他条件相同，随裂缝宽
样，裂缝深度为 10 mm 和 15 mm 时，变化不是特 度的增加，接收端电压幅值起初变化不大，当宽度
别明显，但是当裂缝深度发展到 25 mm 和 34 mm 发展到一定程度时，幅值会发生明显增加。(4) 压
时，电压幅值大幅下降。无裂缝与深度为 34 mm 时 电片间距为 1.2 m 时，5 kHz 监测效果不佳，幅值没
电压幅值相差有 1.6 mV，占无裂缝情况下幅值的 有明显变化；15 kHz 监测效果明显，最大幅值差达
61.5%，是用 10 kHz 监测时的1.5 倍。但是裂缝深度 1.6 mV，为无裂缝时电压值的 61.5%，是用 10 kHz

为 34 mm 时，接收端的电压波形图出现了畸变，说 监测时的 1.5 倍，但波形有畸变，1.2 m 不是其最佳
明用 15 kHz 监测时，1.2 m 并不是其对应最优接收 接收距离。
根据图 26 ∼ 28，可以对以上的规律做出合理解
௄ᜈᎋ ງ10 mm ງ15 mm ງ25 mm ງ34 mm
释。由于应力波是以激振处为圆心向四周传播的，
2.4 传播越远，半径也就越大。此时裂缝的长度相对于
ଌஆቫႃԍ/mV 0.8 0 波阵面的弧长而言就比较小，所以裂缝长度对电压
1.6
信号影响最小，由图 26 及图 27 可以清晰地看出这
-0.8
-1.6 一规律。另外，观察图28可以发现，应力波在深度方
向的衰减非常迅速，而当应力波传播至裂缝处时只
-2.4
能沿裂缝的底面传播到另一端，因此裂缝深度的影
0.00055 0.00065 0.00075 0.00085 0.00095
௑ᫎ t/s 响最大，宽度次之。
图 24 裂缝长 600 mm、宽 30 mm 工况下深度的影
2 ௑ᫎ=0.001 s ʹ: ঴ͯረ (m)
响 (15 kHz) 1
1 T10 -11
Fig. 24 Influence by the crack depth (600 mm 30
m
length, 30 mm width, 15 kHz) 0
25
-1
20
3.0 -2 15
ଌஆቫႃԍࣨϙ/mV 2.0 2.6 2.6 2.2 x 10
2.5
1.5
5
1.0
0.5
0 1.4 1.0 y z 0
௄ᜈᎋ ງ10 mm ງ15 mm ງ25 mm ງ34 mm
图 26 面波监测裂缝长 600 mm、宽 30 mm、深
图 25 裂缝长 60 0mm、宽 30 mm 工况下幅值随深 34 mm 下的位移场 (10 kHz)
度的变化 (15 kHz) Fig. 26 Displacement field under surface wave
Fig. 25 Amplitude change with the crack depth monitoring (600 mm length, 30 mm width, 34 mm
(600 mm length, 30 mm width, 15 kHz) depth, 10 kHz)