Page 44 - 《应用声学）》2023年第5期
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                 低频信号的信号周期较长，造成声波传播路径                          纳米填料可以有效改变材料的相关性能。填充纳米
             上各界面的回波易混叠，检测盲区较大，如图 9(a)                         二氧化硅可以在降低声衰减的情况下有效提高材
             所示，实际检测时不利于缺陷的检出。但信号频率                            料的声阻抗。为现有干耦合剂的性能优化提供了一
             越高，声波在传输路径上的损耗也越大，造成回波幅                           种可行思路与方案。
             值变低。其中 10 MHz 中心频率下的试块底面回波                            当硅橡胶基底中掺杂二氧化硅的质量分数为
             已经难以从信号中观测，如图 9(d) 所示。其余 3 种                      5% 时，所形成的纳米填充硅橡胶的声阻抗提高了
             中心频率信号激励下的回波相对幅值如图10所示。                           13.5%，预载荷为200 kPa时接收到的回波幅值提高
                                                               了18.0%，有效提高检测的灵敏度，具有良好的干耦
                  1.6       1.0 MHz
                            2.5 MHz                            合性能。激励信号中心频率为 2.5 MHz，干耦合剂
                  1.4       5.0 MHz
                                                               厚度为2 mm时，干耦合检测的效果较好。
                  1.2
                 ڀฉᄱࠫࣨϙ/%  0.8                                                参 考 文        献
                  1.0


                  0.6
                  0.4                                            [1] Cheong Y M, Kim K M, Kim D J. High-temperature ul-
                                                                   trasonic thickness monitoring for pipe thinning in a flow-
                  0.2                                              accelerated corrosion proof test facility[J]. Nuclear Engi-
                                                                   neering and Technology, 2017, 49(7): 1463–1471.
                   0
                                                                 [2] Denslow K, Diaz A, Jones M, et al. Waterless coupling of
                        0     50     100    150    200             ultrasound from planar contact transducers to curved and
                                   ᣒᕳ/kPa
                                                                   irregular surfaces during non-destructive ultrasonic evalu-
                                                                   ations[C]//Nondestructive Characterization for Compos-
                   图 10  不同中心频率激励干耦合检测效果
                                                                   ite Materials, Aerospace Engineering, Civil Infrastructure,
               Fig. 10 Detection effect of dry coupling excitation  and Homeland Security 2012. International Society for
               with different center frequencies                    Optics and Photonics, 2012, 8347: 834711.
                                                                 [3] Liu Y, Liu E, Chen Y, et al. Measurement of fastening
                 可以看出，高频信号对应的回波幅值较低。这                              force using dry-coupled ultrasonic waves[J]. Ultrasonics,
             是因为频率越高，信号在材料中的声衰减越大，同时                               2020, 108: 106178.
                                                                 [4] 刘媛, 马祥华, 刘洋, 等. 干耦合超声波检测及波初至的自动
             在干耦合界面传播时同载荷条件下高频信号的反
                                                                   拾取 [J]. 岩土力学, 2020, 41(4): 1455–1464.
             射率高于低频信号，更多能量在干耦合界面被反射。                               Liu Yuan, Ma Xianghua, Liu Yang, et al. Dry coupling
             因此信号频率越低，超声能量传播效率越高。测试                                ultrasonic testing and automatic pick-up of first break[J].
                                                                   Rock and Soil Mechanics, 2020, 41(4): 1455–1464.
             结果表明，在综合考虑幅值和距离分辨率对检测效
                                                                 [5] 陈娟, 祁欣, 郑兴业. 超声聚焦和 TR 测厚技术的研究 [J]. 电
             果的影响后，2.5 MHz 时测得的回波信号优于其他                            子测量技术, 2009, 32(11): 125–128.
             频率。                                                   Chen Juan, Qi Xin, Zheng Xingye. Study on ultrasonic fo-
                                                                   cusing and tr thickness measurement technology[J]. Elec-
                                                                   tronic Measurement Technology, 2009, 32(11): 125–128.
             3 结论                                                [6] 冯若. 超声手册 [M]. 南京: 南京大学出版社, 1999: 132–133.
                                                                 [7] 于石生, 梁惠斌, 赵阳. 钢轨探伤用超声轮式探头 [J]. 哈尔滨
                 本文分析了干耦合层中声波的传输机理，给出                              工业大学学报, 1993(6): 107–110.
             了干耦合材料预压载荷下界面反射率和回波幅度                                 Yu Shisheng, Liang Huibin, Zhao Yang. Ultrasonic wheel
                                                                   probe for rail flaw detection[J]. Journal of Harbin Institute
             的变化规律，针对现阶段干耦合材料声阻抗低、不
                                                                   of Technology, 1993(6): 107–110.
             能很好实现声阻抗匹配的缺点阐述了改进干耦合                               [8] Yochev B, Kutzaroy S, Ganchev D, et al. Investigation
             材料性能的方法依据。提供了一种通过在 RTV 硅                              of ultrasonic properties of hydrophilic polymers for dry-
                                                                   coupled inspection[C]//Proceedings of the European Con-
             橡胶基底中添加纳米颗粒制备干耦合材料的方法。
                                                                   ference on Non-Destructive Testing. Berlin, 2006: 25–29.
                 试验制备了添加纳米二氧化硅、纳米铁和纳米                            [9] 宋国荣, 徐煜阳, 刘宏实, 等. 一种新型胶体耦合介质在材料
             氧化铝的干耦合材料并研究了干耦合材料参数、干                                弹性常数超声无损检测中的应用 [J]. 应用基础与工程科学学
                                                                   报, 2016, 24(5): 1046–1055.
             耦合层厚度、硬度和超声中心频率对声波传输性能
                                                                   Song Guorong, Xu Yuyang, Liu Hongshi, et al. Appli-
             的影响。试验结果表明，在硅橡胶基底材料中添加                                cation of a new colloidal coupling medium in ultrasonic
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