表面粗糙度測量
粗糙表面包括随机粗糙表面和结构有周期性变化的规则表面。可以用均方根表面粗糙度h和相关长度L予以描述。通常可以根据给定方向上的表面高度变化,用表面粗糙度仪来进行参数测定。但对于易损表面或其表面粗糙度在微米以下的表面测定,机械式表面粗糙度測量仪器已无能为力。超声波频谱分析仪是评价此类表面参数特征的有用工具。
背面反射方法和背散射法都可以用于表面粗糙度的測量。其中,背面反射法是評價表面粗糙度較爲簡單的方法,可采用常規的液浸法,測出聲束垂直入射至被測表面時的反射頻譜,並以光滑表面上獲得的頻譜爲參考基准,對測量頻譜作歸一化處理。其反射系數可寫成
式中,R0为光滑表面的反射系数; c为浸液中的声速。
在浸液聲速c已知的條件下,利用歸一化反射系數,可以間接計算均方根表面粗糙度h。圖8-5是針對不同表面粗糙度的鋁試樣獲得的歸一化反射頻譜,可以看到,由式(8-5)計算得到的均方根表面粗糙度h隨頻率呈抛物線變化規律。
利用超聲波背散射法評價粗糙表面幾何外形的原理如圖8-6所示。采用脈沖回波方式進行測量,獲得粗糙表面背散射壓縮波的強度。圖8-7爲不同均方根表面粗糙度黃銅試樣上測得的典型背散射曲線圖。可以看出,在5MHz及15MHz下,背散射信號強度與利用表面光度儀測得的表面粗糙度之間有很好的對應關系。
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