Page 113 - 《应用声学》2022年第6期

第 41 卷 第 6 期 沙正骁等： 应用混频超声检测微小缺陷 959

2.3 和频、差频信号的获取 分门框选波形 2，利用非线性超声仪的超外差功能，
通过计算机控制非线性超声仪向 T 探头施加 接收混合波中的和频、差频信号。

频率为 f 1 的激励信号，向 T/R 探头施加频率为 f 2
௄Ꭵᬞ
的激励信号，激励探头产生两列超声波。两列超声
波在缺陷处产生混频效应，滋生混频波 (包含和频
信号 (f 1 + f 2 ) 与差频信号 (f 2 − f 1 ))，被 T/R 探头
获取并经由双工器传输至非线性超声仪。T/R探头
接收的信号波形如图5所示。 దᎥᬞ

4
ฉॎ1
3
2 ฉॎ2 ฉॎ3 图 6 波形 2
1 Fig. 6 Waveform 2
ࣨϙ/V 0

-1 3 实验过程及结果分析
-2
3.1 激励频率的确定
Tଊ݀ԧѣᄊηՂ
-3
T/Rଊ݀ԧѣᄊηՂ 为得到能量较大的和频、差频信号，在确定探
-4
头激励频率时，需考虑 T探头和 T/R 探头的综合频
-1 0 1 2 3 4 5
௑ᫎ/ms 率特性。
图 5 T/R 探头接收的信号波形 从图 4 可看出，T探头响应频段较窄，最佳响应
频率为 2.6 MHz，首先确定 T探头的激励频率 f 1 为
Fig. 5 Signal waveform received by T/R probe
2.6 MHz。T/R 探头响应频段较宽，为确保能接收
图 5 显示的波形中，波形 1 为 T/R 探头的始波， 到明显的和频、差频信号，保持 T 探头激励频率为
波形 3 是 T/R 探头发出的入射波传播至异侧界面 2.6 MHz 不变，在5.6 ∼ 7.3 MHz范围内，以10 kHz

形成的反射回波，波形2为T探头发出的入射波。从 为步进，改变 T/R探头激励频率，对有无缺陷处 (缺
图 6 可看出，无缺陷时，材料内部不会发生混频效 陷选用的是埋深为50 mm的ϕ0.2 mm横孔)做共线
应，波形 2 不发生畸变；而有缺陷时，波形 2 因与和 混频实验，得到和频、差频信号幅值随 T/R 探头激
频、差频信号混叠形成混合波，波形发生畸变。将积 励频率f 2 的变化关系如图7所示。

0.30
దᎥᬞܫ 0.5 దᎥᬞܫ
0.25 ௄Ꭵᬞܫ ௄Ꭵᬞܫ
0.4
0.20
ࣨϙ/V 0.15 ࣨϙ/V 0.3

0.2
0.10
0.05 0.1

0 0
5.4 5.6 5.8 6.0 6.2 6.4 6.6 6.8 7.0 7.2 7.4 5.4 5.6 5.8 6.0 6.2 6.4 6.6 6.8 7.0 7.2 7.4
T/Rଊ݀༏ҵᮠဋ/MHz T/Rଊ݀༏ҵᮠဋ/MHz
(a) ֗ᮠηՂ (b) ࣀᮠηՂ

图 7 和频、差频信号幅值随 f 2 的变化关系
Fig. 7 Variation of sum frequency and difference frequency signal amplitude with f 2 change relationship