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。
聲速:單位時間內,超聲波在介質中傳播的距離,用符號“C”表示。
頻率:單位時間內,超聲波在介質中任一給定點所通過完整波的個數,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,定義爲ω=2π/T=2πf。
上述各參量之間的關系爲
根据持续时间的长短,超声波可以分为連續波和脈沖波。连续波指介质中质点振动持续时间为无穷的波动,如圖1-3a所示。脈沖波是指振動持續時間有限(單個或間發)的波動,如圖 1-3b所示。
按照傅裏葉分析方法可知,一個脈沖波可以分解爲多個不同頻率諧振波的疊加,如圖1-4所示。可以看出,以时间为自变量的一个复杂波形,其实包含着一系列不同频率的正弦(或余弦)波,这些频率成分及其幅度均可以在频域中给出清晰的描述。
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 ]
。爲合成某一脈沖,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産生畸變,通常使脈沖寬度變寬。
超聲學中常用的脈沖波波形主要有單次指数衰减窄脉冲,衰减振荡脉冲和方波调制脉冲。圖1-6 给出了上述三种形式脉冲波波形的时域函数表达式及由傅里叶变换得到的频谱示意圖。可以看出,它们都不是一个单频波,在其基频附近存在一个频带。
關注靈科超聲波
,我們將會在下個章節中對節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。