Page 115 - 《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 961

1.2 波相遇点间距为标度、入射波 f 1 的传播方向为正方
֗ᮠηՂ
1.0 ࣀᮠηՂ 向，构建一维坐标系。改变探头激励延时使两列入
射波在一维坐标轴上的不同点−n ∼ n处相遇。
0.8
ࣨϙ/V 0.6 К࠱ฉᄱ᥅ག

0.4
Tଊ݀ f  f  T/Rଊ݀
0.2
0 -3-2 -1 0 1 2 3 ⊲⊲⊲ n
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Ꭵᬞۡງ/mm
φ2 mmഷߘ࠵Ꭵᬞ
图 10 混频信号强度与缺陷埋深的关系
图 11 共线异侧混频定位原理图
Fig. 10 Relationship between mixing signal
Fig. 11 Schematic diagram of collinear opposite
strength and defect buried depth
side mixing positioning
从图9可看出，埋深为10 ∼ 80 mm的缺陷处都
有明显的和频、差频信号，且缺陷的埋深越小，和频、 设相遇点间隔为∆x，则第n个相遇点距缺陷的
差频信号幅值越大。从图 10可更直观地看出，同一 距离 x = n∆x。若要使两列入射波在点 n 处相遇，
缺陷处，差频信号幅值大于和频信号；和频、差频信 则T探头的发射延时为
号幅值与缺陷埋深呈线性负相关。实验结果表明， n∆x
可通过有无明显和频、差频信号判断是否存在缺陷。 T t = 20 + T a − 6300 , (6)

3.3 微小缺陷的定位 式(6)中，T a 为公式(5)中的两探头的延时差。
接下来，进行微小缺陷的定位实验：改变探头 选择埋深 50 mm 的 ϕ0.2 mm 横孔缺陷作为定
发射延时，使得两列入射波在同一轴线的不同点相 位实验的测试对象，首先进行粗测。以缺陷为原点，
遇，并测试不同相遇点的和频、差频信号幅值。得 在 −15 ∼ 15 mm 之间，设置入射波相遇点，间隔为
到和频、差频信号幅值随入射波相遇点变化的关系， ∆x = 0.5 mm，根据公式 (6) 算得各个相遇点处 T
实现材料内部微小缺陷的深度定位。 探头的激励延时，在最佳探头激励频率条件下，对不
如图 11 所示，将探头耦合在试样两侧，两个探 同入射波相遇点的混合波超外差接收和分析，提取
头与横孔缺陷处于同一轴线。以ϕ0.2 mm横孔缺陷 混频信号成分，记录各个点的和频、差频信号幅值。
为原点、探头与缺陷构成的轴线为坐标轴 x、入射 粗测得到的实验结果如图12所示。

0.30
(-0.5, 0.28033) (-1, 0.47601)
௄Ꭵᬞ 0.5 ௄Ꭵᬞ
దᎥᬞ దᎥᬞ
0.25
0.4
0.20
ࣨϙ/V 0.15 ࣨϙ/V 0.3

0.2
0.10
(0, 0.02785) (0, 0.05991)
0.05 0.1
0 0
-15 -10 -5 0 5 10 15 -15 -10 -5 0 5 10 15
ᄱ᥅གᡰᎥᬞᡰሏ/mm ᄱ᥅གᡰᎥᬞᡰሏ/mm
(a) ֗ᮠηՂ (b) ࣀᮠηՂ
图 12 ∆x = 0.5 mm 时的混频信号幅值
Fig. 12 Mixing signal amplitude when ∆x = 0.5 mm