常規(guī)單晶縱波超聲探頭工作的方式如同可發(fā)出高頻機(jī)械振動(dòng)的活塞，探頭產(chǎn)生的這種振動(dòng)即為聲波。
在壓電換能器晶片（通常被稱作晶片）被施與電壓時(shí)，垂直于晶片表面的方向會(huì)受壓變形。
電壓消失后，一般在一微秒之內(nèi)，晶片反彈，產(chǎn)生機(jī)械能脈沖，形成超聲波。
下面圖中的概念化示例表明一個(gè)壓電晶片對(duì)短暫的電壓脈沖產(chǎn)生的響應(yīng)。
（常規(guī)超聲波晶片工作原理）
最常用于超聲無損檢測(cè)的探頭類型在功能方面都具有以下基本屬性：
01
類型:根據(jù)探頭的功能可將探頭劃分為接觸式、延遲塊式、角度聲束、或水浸式等類型。
被測(cè)材料的特性，如：表面粗糙度、溫度、可達(dá)性、材料內(nèi)缺陷的位置、檢測(cè)速度等，都會(huì)影響用戶對(duì)探頭類型的選擇。
02
尺寸:尺寸是指激活探頭晶片的直徑。
晶片通常被置于比它稍大一點(diǎn)的外殼中。
03
頻率:頻率是指一秒鐘內(nèi)聲波完成振動(dòng)周期的次數(shù)，通常用千赫（kHz）或兆赫（MHz）表示。
大多數(shù)工業(yè)超聲檢測(cè)在500 kHz到20 MHz頻率范圍內(nèi)進(jìn)行，因此大多數(shù)探頭的頻率處于這個(gè)范圍內(nèi)。
不過，用戶也可以買到頻率范圍在50 kHz以下，以及200 MHz以上的商業(yè)探頭。
頻率越低，穿透力越強(qiáng)；頻率越高，分辨率和聚焦力度越高。
04
寬帶:帶寬是處于特定波幅范圍內(nèi)的頻率響應(yīng)的部分。
在這種情況下，應(yīng)該注意典型的NDT探頭不會(huì)生成單一頻率的聲波，而只能在以額定的頻率值為中心的頻率范圍內(nèi)生成聲波。
工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)將這個(gè)帶寬確定在–6 dB（或半波幅）的位置處。
05
波形持續(xù):波形持續(xù)是指每次探頭被脈沖觸發(fā)后生成的波動(dòng)周期的數(shù)量。
窄帶寬探頭要比寬帶寬探頭生成的波動(dòng)周期數(shù)量多。
晶片直徑、基底材料、電子調(diào)諧、探頭激勵(lì)的方式都會(huì)影響波形持續(xù)。
06
靈敏度:靈敏度是指激勵(lì)脈沖波幅與從指定目標(biāo)反射的回波波幅之間的關(guān)系。
我們用以下這個(gè)比喻可以有效說明這個(gè)概念。
發(fā)自典型的未聚焦圓盤探頭的聲束經(jīng)常被想象成一束源自激活晶片區(qū)域的能量柱，這個(gè)能量柱在直徑方向上擴(kuò)散，最后消失。
超聲波聲束
實(shí)際上，真正的聲束形狀要比這復(fù)雜，因?yàn)閴毫υ跈M向和軸向上都會(huì)逐漸發(fā)生變化。
在下面的聲束形狀圖中，紅色代表能量最高的區(qū)域，而綠色和藍(lán)色代表能量較低的區(qū)域。
超聲波聲束能量分布
探頭的聲場(chǎng)被分為兩個(gè)區(qū)域：近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)。
近場(chǎng)是指接近探頭的區(qū)域。
在這個(gè)區(qū)域中聲壓反復(fù)幾次達(dá)到最大值、最小值。這個(gè)區(qū)域的終端為軸上最后一次出現(xiàn)最大聲壓值的位置。
這個(gè)位置到探頭表面的距離表示為N，即近場(chǎng)距離。
近場(chǎng)距離N代表探頭的自然焦距。
超聲波近場(chǎng)區(qū)
遠(yuǎn)場(chǎng)是近場(chǎng)距離（N值）以外的區(qū)域。在這個(gè)區(qū)域，隨著聲束直徑的擴(kuò)展及聲能的消散，聲壓逐漸降低為零。
近場(chǎng)距離是探頭頻率、晶片直徑與被測(cè)材料聲速互相作用的一個(gè)函數(shù)。
通過以下公式，可以為相控陣檢測(cè)中常用的正方形或長方形晶片，計(jì)算出這個(gè)函數(shù)值：
正方形或長方形晶片近場(chǎng)區(qū)計(jì)算公式
由于近場(chǎng)中聲壓的不同，很難使用基于波幅的技術(shù)精確評(píng)價(jià)缺陷（盡管近場(chǎng)中的厚度測(cè)量不成問題）。
此外，N值代表通過聲學(xué)透鏡或相位調(diào)整技術(shù)使探頭聲束聚焦的最大距離。
如果是環(huán)形晶片，則不使用k值，而是使用晶片直徑（D）代替長度項(xiàng)：
短邊/長邊的比率
如果是環(huán)形晶片，則不使用k值，而是使用晶片直徑（D）代替長度項(xiàng)：
圓形晶片近場(chǎng)區(qū)計(jì)算公式
滄州五森管道設(shè)備有限公司
隔熱管托 http://m.in-depth.cn/
