声学测量指导书

声学测量实验指导书陈洪娟哈尔滨工程大学水声工程学院2005.4.16第1部分必做实验#下关系。2nT18二—\--22nT18二—\--22兀,或nT/22九二兀+8将式的）和式⑺代入（⑵、（⑶式’并令匕二町，则有（2-a）—2寸1-acos2兀b（2-a）+2.1-acos2兀b°—2\：1—asin兀ba014）15）16）由以上推导过程可知，只要确定了驻波比S,第一极小值位置ri和声波波长九，即可根据公式（7）和公式（15）、（16）测得a,匚。测量法向吸声系数和法向声阻抗率方法如下：根据被测样品的测量频率范围，选择驻波管，并按要求安装样品于驻波管末端且密封好；调节信号源的输出幅值在一固定值，并使其输出频率为测量频率；调节滤波器中心频率对准声信号频率；移动传声器小车将探针式传声器移至被测材料样品的表面。然后慢慢移动小车，使探针式传声器慢慢离开样品表面，同时观察传声放大器上的电压表指示，找到一个声压极大值，然后调整传声放大器的增益（或调节放大器输入端电位器）使表头指针偏转到满刻度值，再移动小车细心批出相邻的第一个极小值，据此算出S和［，即可求出a,匚。有些传声放大器，备有“电位器输入”插孔，探针式传声器接收的信号由此输入。则可以从专用的电压表刻度盘上直接读取a值，这样就较方便了，只要在测定法向吸声系数的同时再测出第一个声压极小值以试样表面的距离1和波长九即可。另外利用公式（15）、（16）求匚很复杂，方法也很多，当然采用计算机计算是最方便、精度也最高的。三、实验内容与要求：1．内容：根据实验室条件，给定几种吸声材料或吸声结构样品作为被测材料，然后采用驻波管法测量其法向吸声系数，再根据条件由a推得法向声阻抗率。2．要求：（1）根据实验线路图连接好各部分仪器；（2）在频率200Hz~4kHz范围内，间隔200Hz为一频率点，测量以下被测材料的法向吸声系数a。多孔吸声材料（泡沫塑料）一块；微穿孔板吸声结构3块。（3）利用图表或计算机，求法向声阻抗率；（4）画出样品吸声系数的频率特性曲线并分析结果。四、思考题1．本实验中为什么采用滤波器？2．本实验测试频率的上限、下限如何估算？为什么？实验2交通噪声实时监测实验一、实验目的1．了解噪声的量度和评价；2．熟悉用声级计测量噪声声级和频谱的方法。二、实验原理与方法1．噪声的主观评价噪声的含义可以有二种理解，一种是对任何一个不希望存在的声信号的统称；另一种是无规、断续的或随机的振动过程，这种噪声有连续谱与线状谱，多数为连续谱。我们测试的噪声信号常是这种无规噪声信号。噪声对人的影响大小，要由人们的主观感受来衡量。人耳听声，虽说是声压越大，声音越响，但声压与人耳感觉的响度并不是成正比的关系，而是成对数关系，即人耳对声音是对数检测器。人耳感受声音不仅与声压有关，而且还与频率有关。不同频率的声音，虽然声压相同，但人耳听起来往往不是一样的响度。根据人耳的这种听觉特性，引入了响度与响度级、计权声级等主观评价量。根据国际标准化组织（iso）的规定，任何声音的响度级在数值上与此声音同样响度的1kHz纯音的声压级相同，响度级的单位是方。例如某一声音（纯音或复合声）斩起来和声压级70dB的1kHz纯音一样响时，则该声音的响度级为70方。以1kHz纯音为基准音，通过对比实验，可以得到整个可听范围内声音的响度级。如果把响度级相同的点连接起来，便得到一组曲线簇，称等响曲线，如图1所示。图1自由场纯音等响曲线从等响曲线中可看出，在同样声压级时，人耳对3kHz~4kHz的声音特别敏感，而对低频声不敏感，对8kHz以上高频声也不敏感。为了用声音的客观物理量来表达人耳听觉的主观感受，可在声学测量仪器中加入模拟人耳听觉特性的计权网络，使所接收的声音在人耳敏感的频域加以增强，人耳不敏感的频域加以衰减，就可从仪器上直接读出反映人耳对噪声感觉的数值，使主、客观评价量趋于一致，这种通过计权网络读出的声级叫做计权声级，计权网络有A、B、C、D四种，A计权网络是模仿40方等响曲线设计的，它对低频声（500Hz以下）衰减较大，而对1kHz〜5kHz的声音不衰减，甚至稍有放大;B计权网络是仿效70方等响曲线设计的，低频有衰减；C计权是仿效100方等响曲线，有近似平直的响应;D计权网络是为测量飞机噪声而设计的。图2为A、B、C、D四种计权网络响应曲线。实践证明，A计权网络比较接近人耳对声音的感觉特性，所以在噪声测量仪器（如声级计）中普遍采用A计权，所测得的声级就称作A声级。2．噪声的客观物理量度及倍频带声压级与计权声压级的转换关系作为噪声的客观物理量度，可用我们熟悉的声压级或声功率级以及噪声的频谱特性，即测量噪声的总声压级，声功率级和各倍频带或1/3倍频带宽的声压级。定义噪声声压级，即L=201gZ（dB）PP其中P0为参考声压值，为2x10-5P0a其声功率级，即WL=10lg——（dB）wW0其中——0为参考值，取10-12——。如果已知噪声的各倍频带声压级，可以将其转换为计权声压级。如设L.为Pi测得的各倍频带的声压级（dB），则按声压级定义，有L=20lg旦（dB）Pipo即（p¥Lpi旦=io7cT（po丿那么，几个倍频带声压级叠加后总声压级L为：pL=101g昱iotop_i=1_由总声压级L转换为总A声级L时，有：ppAL=1olg|工10’To''I(dB(A))式中k为第i个倍频带的A计权修正值。一般测量倍频带取63Hz〜8kHz的八个i倍频程。A计权的k值见表1。i表1倍频程A计权网络修正值倍频带中心频率(Hz)631252505001000200040008000修正值k(dB)i2616930-1-1+13．噪声的分析方法由于城市交通噪声是随机噪声，因此对其测量数据的处理必须使用统计方法、能量平均方法，否则无法对其作出正确的量度和评价。(1)统计声级L1o表示在整个测量时间内有10%的时间的声级超过此声级。如果等时间间隔取样，即表示有10%的声级高于此声级，其余90%的声级低于它，则L表示平均噪1o声的峰值。(2)统计声级L5o表示在整个测量时间内有50%的时间的声级高于此声级。如果等时间间隔取样，即表示有50%的声级数据高于此声级，而其余的50%的声级低于它，则L相5o当于平均噪声级。(3)统计声级L9o表示在整个测量时间内有90%的时间的声级高于此声级，如果等时间间隔取样，即表示有90%的声级高于此声级，而其余的10%的声级低于此声级。它相当于本底噪声级。

以上三种统计声级的计算方法是：将测得的所有数据从大到小排列起来，然后从大开始数’第所有数据1°%处的数据就是Lio，依次50%处的数据就是L50，而90%处的数据就是L90。(4)统计值标准偏差5式中L.为测量的第i个声级；iL为测得的所有声级的算术平均值。(5)等效连续声级Lep作为以听力保护为目的的环境噪声评价方法不只是着眼于瞬时声级的高低，而是基于噪声暴露的概念上。在噪声暴露的整个过程中，声级是起伏的。对于这种噪声的评价方法一般采用等效连续声级。这一方法的实质是把变化的一段时间的作用结果，等效成一个固定不变的声级在上述同样长时间内的作用结果，实际上等效连续声级的数值是声能的平均值，即：L二10lg1JT10樹(dB(A))epT0式中L是t时刻所测量的瞬时A声级；AtT是噪声暴露时间。在实际中测量时间间隔不可能无限小，因此进行有限的等时间间隔取样。此时间间隔为5秒钟，这样上式化为：LAdtL二LAdtL二10lgep1010dB(A))式中L为第i次测量值(dB(A))Ain为测量总次数。此工实际上是声级平均表达式，所以L值也叫平均A声级，记作:epL二101g£101A1-lOlgnAtgi-1二L-lOlgn（dB（A））Am这里l是测得的各次瞬时声级按能量迭加法则求得的总A声级。Am4．噪声的测量方法。噪声源发出的噪声，由声级计直接测量，读出声级或由磁带记录仪录下噪声信号，再把录下的信号回放，用计算机、分析仪或声级记录仪进行分析处理，可记下声级大小和噪声的频谱特性曲线，便于对噪声进行分析研究。噪声现场测量大都采用声级计，它是具有规定的频率及时间计权网络，可测量声级和倍频程声压级的仪器，其种类较多，但一般由传声器、放大器、衰减器、计权网络、检波器、指示器及电源等部分组成，并且可以外接倍频程滤波器。声级计设有线性，A、B、C等计权网络，可以测量噪声总声级和计权声级。配有倍频程滤波器，可测各倍频带声压级。用声级计测量噪声时，要合理选择测点，正确读数和记录以及考虎测量环境条件的影响。（1）根据噪声测量的对象，选择合适的时间和测点。如测量交通噪声应选择在交通噪声比较稳定的时间内，测点按有关测量标准中的规定选择。（2）选择合适的测量环境，尽量避免环境和气象因素的影响。如测交通噪声时，在选定的测量位置上声级计放在靠公路一侧的人行道上，传声器在离地面1.2m高处，其距反射面距离一般应不小于2m。测量过程中要防止非测量人员围观。以完形成的“人墙”和他们说话声等对测量结果的影响。另外，测量时的天气应无雨，风力不超过五级为避免风对测量结果的影响，传声器要加防风罩。（3）正确使用声级计，恰当选择档位。测量前，要检查实验中所用仪器的性能，对声级计要做必要的校准、检验工作。然后针对实验中你所使用瑾的声级计的要求进行正确的操作。我们在这个实验中采用ModularPrecisionSoundLevelMeter（模块式精密声级计）进行噪声测量，其操作方法如下：选用模块BZT100；i「.安装电池，打开电源；iii'.安装软件包;ivz.拨到|Load|档位，显示MT,装入指令；vz.取下软件包，按ModuieNo.l键；viz.拨至|RON|档位；v『.按DisplayedParameter+selector或selector^设置显示参数，本实验为显示声压级spz；v汩.按TimeWeighting+selectorA或selectorQ设定时间加权，有"FAST”、“SIOW”、“Impulse”，本实验设在“FAST”。ixz.按FreqoencyWeighting+selectorA或selector设定频率加权，有：“A”、“C”、“lin”、"AllPass”,本实验设在“A”上。xz.按Frontal/Random设定入射方向，本实验设在“Random”（Rdm）。ix‘.按|FSD|设置量程，本实验设在100dB。上述步骤完成后，可以开始实验记录，此声级计功能较全，除可以完成噪声测量外，还可以对所测数据进行统计分析，并配有交，直流输出插孔，供与其它数据记录与处理系统相连接，另外还配备相应的一倍频程滤波器，可以完成对噪声频率特性的测量。三、实验内容与要求：1•内容：同声级计测量市区交通运输干线上的交通噪声。要求（1）做好测量前的准备工作；（2）测量时，每隔5秒钟读数一次，共读200次，并认真记下测量结果；（3）记下测量的起止时间；（4）画出测量位置的平面草图；（5）根据所测数据计算统计声级L,L,L及等效连续声级L和标准偏差5。105090ep四、思考题：1．进行本实验时，有哪些因素会影响测量结果。2．根据各种计权网络曲线的特性，如何由测得的不同计权声级值来判断噪声的频率特性？实验3压电加速度计电声性能参数综合测量一、实验目的掌握加速度计的比较校准方法，熟悉有关测振仪器的使用。二、实验原理与方法1.压电加速度计的结构及工作原理压电加速度计是利用压电材料作为电转换的测振器件。目前，常用的压电材料有锆钛酸铅（PZT）、石英晶体等。在压电元件上，借助预紧螺母（或弹簧片），以一定的预应力安装一惯性质量块（质量块用高比重合金制成）。这就构成一个简单的压电加速度计。它是典型的惯性式传感器。在振动作用下，底座6和质量块3之间的相对运动，使压电元件受到压缩或拉伸。由于压电效应，压电元件的输出端产生电压E，其值为：aE二—K（1）a式中，E为压电元件输出电压，它与压电元件相对位移g成正比。K为一比例a常数，它同压电材料的性能、几何尺寸与形状等因素有关。式中负号表示对压电元件的压缩产生正的电压。我们把压电元件当作无质量的弹簧元件，其弹性系数为k；同时把惯性质量块（质量为m）看作是完全刚硬的；连接件的刚度及质量的影响忽略不计；设此振动系统中的阻尼器的阻尼系数为C。这样，可把振动系统看成是单自由度二阶力学系统。传感器固定在振动物体上，当振动物体以y二ysin®t振动时，假定0在某一瞬时振动物体相对位移为y，引起惯性质量块相对壳体（基座）的位移为x，由于壳体与被测振动体固定在一起，质量块相对静基准的位移为y+x。质量块在运动中受到三个作用力：弹性元件的弹性反力F，F二kx；阻尼器阻力为P，与质量块相对壳体的运动速度成正比，即P二C竺，C为dt阻尼系数；运动部分的质量引起的惯性力R，与质量块的加速度成正比，即R=md2（y+X），C为阻尼系数；dt2这三个力在运动中始终处于平衡状态，即d2(y+x)_dx,小R+P+F=m+C+这三个力在运动中始终处于平衡状态，即d2(y+x)_dx,小R+P+F=m+C+kx=0dt2)dt2令y=ysinot，贝U=-yo2sinot，因而有0dt20d2xm-

dt2dx+C+kx=my①2sin®tdt0d2xC+——dt2mdxk+x=y①2sinotdtm03)k令—=®2,①是传感器振动系统的固有频率。又令0m00卡,C0是临界阻尼系0数，即0表示阻尼对振动的衰减，称为振动系统的衰减系数。这样(3)式可写成:+20odx+o2x=yo2sinotdt20dt004)此式是一个二阶常系数非齐次线性方程，其解为x=x0sin(ot-O0)5)式中x0■oIx0■oII—)2lo丄0oy0(——)20o02o+402()2o

06)©=arctg7)20(上©=arctg7)0—o1一(—)2o02.加速度计的幅频特性与相频特性〜(7)式说明，质量块相对壳体的运动规律也是正弦振动，其振幅x0与被测振动的波形相差一个相位角0°。振幅x0和相位角％取决于被测振动的频率与传感器振动系统的固有频率之比①/3°及衰减系数P。也就是说，对于不同的频率比3/3°和不同的衰减系数P，质量块相对壳体将会有不同的响应值。为使加速度计的动态响应能正确反映出被测振动的特性，必须弄明白什么是加速度计的正确响应条件。为此，把(6)式写成如下形式：8)x8)—32=y3200式中y32即是被测振动的加速度值。如果能保证亠是一个常数，则质量块0y320的位移将与被测振动物体的振动加速度成正比，因而也就能用质量块的位移量来反映被测振动加速度的大小。分别以上—32和相角0为纵坐标，以频率比—为横坐标，根据(8)式y3200300和(7)式算出加速度传感器在不同衰减系数时的幅频和相频特性曲线。由上面的讨论可知，加速度传感器有一上限频率，一般来说，加速度传感器的使用上限频率除了受自身固有谐振频率约束外，还和被测对象有关，在连续稳态振动测量时，频率上限可达固有频率的0.4倍，而在冲击测量时只能取0.1倍。要想使上限频率提高，应尽量提高加速度计自身的固有谐振频率并采用合适的敏感元件。但固有频率的提高，就意味着减小加速度计的尺寸，结束使灵敏度降低。因此在设计和使用加速度计时需要作综合考虑。测振前置放大器由于加速度计的输出阻抗很高，输出信号很微弱，所以在实际使用加速度计时，一般要把加速度计的输出端接到前置放大器。前置放大器除了起到放大信号的作用外，还起到阻抗变换作用，即将加速度计的高输出阻抗转换成前置放大器的低输出阻抗。这种前置放大器统称为测振放大器。测振放大器有电压放大器和电荷放大器两种。我们首先讨论压电加速度计与电压放大器连用时的情况。为便于讨论，忽略R和R的影响。ai电压放大器输入电压l为：iC+CC+C+CaciSaCq二aeC+C+CC+C+Caaciaci9)放大器的输出电压e0为:eo=eo=Ae.Aea_aC+C+Cac.10)式中，A为电压放大器的放大量。从(10)式可以看出，当压电加速度计与电压放大器连用时，放大器的输出电压受到连接电缆电容的影响，即放大器的输出会因连接电缆长度的改变而变化，这是我们所不希望的。对于电荷放大器，其输出电压e0为:其中e.e=a0C+其中e.e=a0C+C+C-C(A-1)ac.faSCeq=aaC+C+C-C(A-1)C+C+C-C(A-1)ac.fac.f当A非常高时,e0Ct11)12)13)可见，电荷放大器的输出电压只与反馈电容Cf有关，而与电缆电容无关,这是电荷放大器的突出优点。另外，电荷放大器的输入阻抗远高于电压放大器，因此，电荷放大器的工作频率下限也要比电压放大器的低得多。因此，在测振系统中，电荷放大器用得比较普遍。加速度计灵敏度的校准方法压电加速度计的灵敏度用电压灵敏度S或电荷灵敏度S表示：VqS=■(V/m-2)(14)VaS=(C/m-S)(15)Va电压灵敏度S和S的关系是：VqSS亠（16）VCa式中，C是加速度计压电元件的电容量。a压电加速度计灵敏度的校准方法有绝对校准法和对校准法。绝对校准法用于校准标准加速度计，校准精度较高，但校准用的仪器一般比较昂贵，校准程序比较敏琐。工程中比较常用的是相对校准法（即比较校准法）。此实验采用相对校准法。将一灵敏度已知的加速度计（标准加速度计）及一个待测的加速度计同时安装于振动台上。标准加速度计和待测加速度计在振动台振动激励之下，测出两者的输出电压，其输出电压之比就是两加速度计的灵敏度比值。因此求出这两者的输出电压之比，就可以根据标准加速度计的灵敏度值计算出待测加速度计的灵敏度值。实验内容与要求实验步骤如下：（1）安装加速度计时，必须用紧固螺栓将加速度计牢固地拧在振动台上。（2）接好线路。（3）将前置放大器调灵敏度量程旋钮（三档）至标准加速度计电压灵敏度值（如B&K的4331型为11mV/g）,这时放大器输出为10mv/g。调节信号源输出电压，使电压表读数为20mv,则此时振动台的加速度为2g。（4）改变信号源频率，当频率分别为200Hz、500Hz、1kHz12kHz、3kHz、4kHz、5kHz时，调节前置放大器（2）的电压灵敏度量程旋钮，使电压表指示数值不变（如20mv），记下此时前置放大器上电压灵敏度读数，该读数为上述频率待测加速度计的电压灵敏度值（注意：测量时保持不同频率点振动台的加速度为2g，即每改变一频率值，检验电压表指示读数是否始终为20mv）。最后作待测加速度计电压灵敏度随频率变化曲线。（5）前置放大器的工作方式选至电荷灵敏度档，调电荷灵敏度旋钮（三档）至标准加速度计电荷灵敏度值（如B&K的4332型为64.6pC/g）,这时放大器输出为10mV/g，调节信号源输出电压，使电压表指示读数为20mv，则振动台的加速度为2g。(6)改变信号源频率，当频率分别为200Hz、500Hz、1kHz、2kHz、3kHz、4kHz、5kHz时，调节前置放大器的电荷灵敏度量程旋钮(三档)，使电压表的指示读数保持为20mv，记下不同频率点前置放大器上的电荷灵敏度数值，即为待测加速度计的电荷灵敏度值。作出其电荷灵敏度随频率变化的关系曲线。思考题如何正确选用加速度计？试分析在本实验中产生误差的原因。实验4超声波探伤试验一、实验目的：1．了解超声波脉冲反射法探伤技术的基本原理及操作方法2．掌握对缺陷进行定量的方法。二、实验原理与方法：超声波探伤是超声检测技术的典型应用之一，是以超声波在媒质中的传播规律为基础的。利用被检测工件材料本身的或内部缺陷的声学特性对超声波传播的影响，无损地探测材料内部和表面的缺陷(如裂纹、气泡、泱渣等)的大小、形状和位置等。1．基本原理：超声波探头，大多采用圆片状压电晶片，在电脉冲激励下产生的超声波是一个活塞波，即纵波、活塞波在声束轴线上距声源s米处的声压p为：兀|Dp二p-2si：!—([(—s)2+s2-s)(1)0九、2式中：p0一圆形晶片振动面上的声压P0=pcu0；九一媒质中的声波波长；D一圆形晶片直径；ss一离开声源的距离。我们知道，声场中轴向声压p是随距离s而变化的，当，由此可知，在冗1—2，由此可知，在sin—([(—s+s2)-s)的值，由0t1时，则声压p由0T2p近场区声压的分布是周期变化的，即：si'(+si'(+s2-S=sinn(i)=0时，p=02)—2-(Ink)2

s2)8nk式中：n二1,2,3,…，取小于Dy必的正整数’因此在近场内有n<DS个声压极小值。同理，当sin=sm同理，当sin=sm2m+1兀2二1时,有TOC\o"1-5"\h\zs=D-"（2m+1）2⑶4I（2m+1）D-ID-I式中m=0,1,2,…，取小于—的正整数，因此，在近场内有m<—s个声2I2I压极大值。当m二0时，有4）D2-I4）4九我们称（4）式为近场长度。在超声波探伤中由于采用的超声波频率都很高，即波长I与直径D相比甚s小，故（4）式中可略去九2项，并用l表示近场长度，贝U：5)D5)4I由（5）式可知在超声波探伤中，近场长度l一般很小，而由（2）、（3）两式可知，n和m值愈大，则s值愈小，即愈接近探头，也就是在声轴上声压极大值与极小值分布愈密，所以在近场区由于声轴线上声压起伏变化大，因此，实际探伤中近场区内缺陷的大小评定较困难。当距声源的距离s>l时，我们称此处声场为远场区，这时字（」（仝）2+s2-s），可近似为D（用牛顿二项或展开并取前两项），则有：九2人8s6)p沁2p0sini-D26)因为V、D很小，所以I8s

.2pD0.2pD0九8s=po•7）式中A=呼为圆形晶片的面积。由公式（7）可知：在声远场声压振幅按球面波规律传播，这样在超声波探伤中，我们就可以把远场中的活塞波近似看作球面波，这样的处理对于探伤时的远场应用是足够精确的。因为由分析可知，当s二引处，活塞波轴向声压曲线与球面波轴向声压曲线接近重合。为此，下面我们以球面波代替远场中的活塞波来研究在传播过程中遇到小圆片状缺陷时的反射情况。由上述分析已知，在远场中离开声源为S处的声压为：Ap二po•xS设在距声源S处轴向上有一个小圆片状缺陷，其直径远小于此处声束直径，面s积为Af，则由探头发射的声波在传播过程中遇到此缺陷将发生反射，这个小面积缺陷就是产生反射波的声源，设其反射系数为r,则在它的远场距离上，反射波也可用球面波处理，当然，其远场距离比声源晶片的远场距离要小，这样就可由式（7）导出距小圆片状缺陷的距离为Sf处的声压为：AA二AA二r•p「二r•p•SX0XSfsAf-XSf8)当用单探头脉冲反射法探伤时，S二S二S则:fsA•A

p=r•pf

r0X2S2即声波由缺陷反射回到接处探头处的声压，如果脉冲反射式超声探伤仪示波展上显示的缺陷的高度是与缺陷反射的声压成正比的（假定示波屏垂直通道放大线性），则此小圆片缺陷的高度Z为：

9）式中：K—比例系数。这公式对于处于远场中声束轴线上的小缺陷是适用的，由此式可知，缺陷反射波的高度与缺陷面积成正比，与缺陷到声源的距离的平方成反比。下面我们再来研究一下球面波在平行底面上的反射情况（即活塞波在远场传播中未遇到缺陷，直达被测体平行底面而产生反射的情况）。设被测工件厚度为D,其底面平行于探测面，此时由探头发射的声波传到底面的声压为：A设底面的声压反射系数也为r,则声波从底面反射回到接收探头处的声压为:同理，在探伤仪示波屏显示的底面反射波的高度与底面反射波的声压成正比，即：ATOC\o"1-5"\h\zB=K-r-p——（10）2九D以上导出的缺陷波高度Z和底波高度B的公式中均未考虑超声波在工件内传播过程中的衰减，在实际探伤中必须计及此项因素，因此有：A-A-亦Z=K-r-p-e&68(11)0九2S212)式中：a—吸声系数。由式（11）、（12）相比可得B九S2_2a（D_S）=e8.68Z2ADf如果左右两边取对数并乘以20，则得：20lgB_20lgB_20lgZ=20lg2a(DS)13)如果设底波和缺陷波的分贝数为［B］、［Z］,则有:Ib]-IzL20lg-兰1-2a(D-S)(14)2ADf则缺陷面积A的分贝数为：f20lgA=201竺-(Ib]-Iz])-2a(D-S)(15)式中：a为被测工件的吸声系数，可测量；D为被测工件的厚度，可测量；S为缺陷距探头表面的距离，可测量；九为入射声波波长，可测量。由公式(15)可知，一般2a(D-S)项远小于(td-^j的实验误差，故可忽略不计：在被测工件为同一材料，缺陷处于同一深度S，探伤仪工作条件一定(K、r、po、A$、九均一定)时，由(11)式可知两缺陷面积各为人厂人于的缺陷波高Z2与Z1有：或2．测量方法或2．测量方法b2比]丄2%]16)17)目前，对于小于声束截面缺陷的定量常用“当量法”，而对于大于声束截面的缺陷的定量一般采用“半波高法”，另外对于直探头无法发现的缺陷如裂纹等，常用斜探头探伤法，还有适用于薄件和高分辨力场合应用的窄脉冲探头探伤等。各种测量方法均采用超声波探伤仪结合适当的探头来完成，下面简单介绍一下CTS-23型超声波探伤仪的使用方法(1)接通电源：开启面板的电源开关时，电压指示器的指针稳定地指示在红区中段，表示电压正常否则表示电压过低，应予检查，正常情况下约一分钟后荧光屏上会出现扫描基线。调节《聚焦》旋钮，使扫描线聚焦至最清晰为止。3)选择《工作方式》和《发射强度》。

《工作方式》开关有二档：一是双探头工作状态即一收一发，用表示；在此状态表示；二是单探头工作状态，即收发合置，用有三种发射强度与之配合：为固定的中等发射强度档，用为固定的高发射强度档，用1）2）1表示2表示《工作方式》开关有二档：一是双探头工作状态即一收一发，用表示；在此状态表示；二是单探头工作状态，即收发合置，用有三种发射强度与之配合：为固定的中等发射强度档，用为固定的高发射强度档，用1）2）1表示2表示3）-|L3表示。4）调节《衰减器》和《增益》可调整屏幕上回波的幅值，以便于测量。（5）《频段选择》：可改变接收系统高频放大器的频带宽度和放大量，也同时改变滤波电容的大小，从而实现对信号的不同处理。（6）选择《检波方式》仪器设有三档开关：“正向检波”、“负向检测”、“双向检波”，它是获得高分辨力的重要手段，也可用于选择荧光屏上显示的回波形状。7）调节《扫描量程》和《扫描微调》扫描量程》和《扫描微调》相结合调整仪器的扫描范围，《扫描量程》有五档：5、10、50、250、1000mm（钢纵波），当《扫描微调》置“0”时，荧光屏显示的扫描范围略小于《扫描量程》档级的标称值；而当《扫描微调》置“0”时，显示的扫描范围比它置“0”时增大五倍以上，即此时扫描范围大于《扫描量程》下一档级的标称值。8）选择《重复频率倍乘》（x1、x2）发射脉冲重复频率有两档，其开关与《扫描量程》开关同轴调节，其关系如表：扫描量程（mm)510502501000发射脉冲重x150012512562.56.25?复频率(Hz)X21000250250125625?《脉冲移位》调整调节《脉冲移位》旋钮可把始波或回波移动屏幕上任意位置或屏幕左右两边以外，但不会改变回波之间的相对位置和幅度，《扫描量程》在5、10、50mm档，最大脉冲移位距离不小于400mm(钢纵波)；在250、1000mm档，最大脉冲移位距离不小于800mm(钢纵波)。《报警功能》选择《报警功能》开关有三档：在“0”位置时，报警器电源关闭，没有报警功能；在“+”位置时，称为“进波”报警，即出现高于报警阀值的回波时报警；在“-”位置时为“失波”报警，即回波幅度低于报警阀值时报警。选择《报警闸门起位》、《报警闸门宽度》、《报警阀值》及《蜂鸣器开关》。调节《闸门起位》《闸门宽度》可调定监测范围，调节时应避免前、后沿重合或前沿落后于后沿。《闸门阀值》电位器用于控制报警的临界电平，一般按要求事先设定。《蜂鸣器开关》是报警显示的一种，面板上还有发兴二极管及报警车入出，插座。在具体探伤之前，需要做好以下准备工作：(1)工作表面处理需探伤的工件表面不允许有污物存在，表面光洁度通常要求在6以上。6(2)耦合剂由于空气是超声波的不良介质，因此探头与工件之间不允许有空气层，在探伤中应保证探头与工件之间有良好的声耦合，常用的耦合剂是机油、柴油、变压器油、锭子油等，有时也用水、甘油和浆糊。(3)确定探伤方法探伤方法是保证探伤结果准确与否的前提条件，探伤之前应根据所用探伤仪的特性和工件的形状，缺陷特点，材料性质及探伤要求等拟定探伤方案。探伤方案还需在实践中予以验证，只有这样才能准确无误地进行探伤。“当量计算法”探伤一般适于对小缺陷的探伤，即其缺陷面积小于声束截面

的情况，这种方法比较简单、准确。利用探伤仪测出回波高度［B］与缺陷波高度［Z］

代入公式即可。“半波高法”探伤一般用于大缺陷的探伤。这时超声探头所发射的声束以一定扩散角射入工件，当探头声束中心位于缺陷中心时，缺陷反射波达最大值，当声束中心正巧在缺陷边缘，即一半射在缺陷上，另一半越过缺陷射到底面时，缺陷波降为最大值的一半，而底部回波上升，这样由探头中心所移动的范围，即可确定缺陷的大小。“斜探头”探伤一般用于缺陷的取向与试样表面不平行的场合，此时声波以一定角度入射工件，如果探头角度合适，则声波可垂直入射到缺陷表面，这时缺陷波回波达到最大值。在探伤过程中，往往需要反复使用各种不