上一篇文章中 ,我們了解到了超聲波的定義,下面我們將會從超聲波的基本物理量、連續(xù)波和脈沖波解析,進一步幫助讀者理解超聲波頻譜分析技術(shù)。
聲速:單位時間內(nèi),超聲波在介質(zhì)中傳播的距離,用符號“C”表示。
頻率:單位時間內(nèi),超聲波在介質(zhì)中任一給定點所通過完整波的個數(shù),用符號“f ”表示。
波長:聲波在傳播時,同一個波線上相鄰兩個相位相同的質(zhì)點之間的距離,用符號“λ”表示。
周期:聲波向前傳播一個波長距離時所需的時間,用符號“T”表示。
角頻率:以符號“ω”表示,定義為ω=2π/T=2πf。
上述各參量之間的關(guān)系為
根據(jù)持續(xù)時間的長短,超聲波可以分為連續(xù)波和脈沖波。連續(xù)波指介質(zhì)中質(zhì)點振動持續(xù)時間為無窮的波動,如圖1-3a所示。脈沖波是指振動持續(xù)時間有限(單個或間發(fā))的波動,如圖 1-3b所示。
按照傅里葉分析方法可知,一個脈沖波可以分解為多個不同頻率諧振波的疊加,如圖1-4所示。可以看出,以時間為自變量的一個復(fù)雜波形,其實包含著一系列不同頻率的正弦(或余弦)波,這些頻率成分及其幅度均可以在頻域中給出清晰的描述。
圖1-5給出了超聲檢測中1MHz 的脈沖波與其中包含的正弦波之間的關(guān)系。可以看出,此處1MHz
的脈沖波由 0.85MHz、1MHz和 1.21MHz 正弦波疊加而成[4 ]
。為合成某一脈沖,需要一系列的正弦波,且要合成的脈沖寬度越窄,需要的正弦子波數(shù)量越多。這些子波具有與中心頻率不同的頻率。由于子波的頻率不同,因此在傳播條件不合適時會產(chǎn)生畸變,通常使脈沖寬度變寬。
超聲學(xué)中常用的脈沖波波形主要有單次指數(shù)衰減窄脈沖,衰減振蕩脈沖和方波調(diào)制脈沖。圖1-6 給出了上述三種形式脈沖波波形的時域函數(shù)表達式及由傅里葉變換得到的頻譜示意圖??梢钥闯?,它們都不是一個單頻波,在其基頻附近存在一個頻帶。
關(guān)注靈科超聲波
,我們將會在下個章節(jié)中對節(jié)對超聲脈沖波的頻率和超聲脈沖波的聲場進行講解與分析。