超聲波在介質(zhì)中衰減公式/方程

為了根據(jù)不同材質(zhì)選擇更匹配的探頭，那么我們就需要知道超聲波在介質(zhì)中的衰減信息，下面是整理的的衰減公式

平面波不存在擴(kuò)散衰減，只存在介質(zhì)衰減，其聲壓衰減方程為:

Pχ=P0e-αx

式中

P0——波源的起始聲壓;

Px——至波源距離為工處的聲壓;

x——至波源的距離;

α——介質(zhì)衰減系數(shù)，單位為NP/mm;

e——自然對數(shù)的底(e =2.718···)。

球面波與柱面波既存在擴(kuò)散衰減，又存在介質(zhì)衰減，它們的聲壓衰減方程分別為:

球面波：Px=P1e-αx/x

柱面波:   Px=P1e-αx/√x

式中P1——至波源的距離為單位1處的聲壓。

2.衰減系數(shù)

衰減系數(shù)α只考慮了介質(zhì)的散射和吸收衰減，未涉及擴(kuò)散衰減。對于金屬材料等固體介質(zhì)而言,介質(zhì)衰減系數(shù)α等于散射衰減系數(shù)αs和吸收衰減系數(shù)αα之和。

α=αα+αs

αα=c1f

（1）αs=c2Fd3f4     d＜λ

（2）αs=c3Fdf2       d≈λ

（3）αs=c4F/d       d＞λ

式中

f ——超聲波頻率;

d——介質(zhì)的晶粒直徑;

λ——波長;

F——各向異性系數(shù);

c1、c2、c3、c4——常數(shù)。

由以上公式可知:

(1）介質(zhì)的吸收衰減與頻率成正比。

(2）介質(zhì)的散射衰減與f、d、F有關(guān)，當(dāng)d<λ時，散射衰減系數(shù)與f4 、d3成正比。在實(shí)際檢測中，當(dāng)介質(zhì)晶粒較粗大時，若采用較高的頻率，將會引起嚴(yán)重衰減，示波屏出現(xiàn)大量草波，使信噪比明顯下降，超聲波穿透能力顯著降低。這就是晶粒較大的奧氏體鋼和一些鑄件檢測的困難所在。

對于液體介質(zhì)而言,主要是介質(zhì)的吸收衰減。

式中

α=αα=8π2f2η/2ρc3

η——介質(zhì)的黏滯系數(shù);

ρ——介質(zhì)的密度;

c——波速。

由上式可知，液體介質(zhì)的衰減系數(shù)α與介質(zhì)的黏滯系數(shù)和頻率平方成正比，與介質(zhì)中的密度和波速立方成反比。

由于η、ρ、c與溫度有關(guān)，所以α也與溫度有關(guān)。一般是α隨溫度的升高而降低，是因?yàn)闇囟壬?分子熱運(yùn)動加劇，有利于超聲波的傳播。

以上討論說明，介質(zhì)的衰減與介質(zhì)的性質(zhì)密切相關(guān)，因此在實(shí)際工作中有時可根據(jù)底波的次數(shù)和幅度來衡量材料衰減情況，從而判定材料晶粒度大小、缺陷密集程度、石墨含量以及水中泥沙含量等。