超声波脉冲回波技术广泛应用于材料固态相变中磁性转变行为的研究[2,3]。通常基于超声波脉冲幅度的变化测定材料的声衰减系数和弹性常数。以往仅在几个频率下进行相关测量的研究效果不佳。Paulo 等人采用宽频探头和数字频谱分析技术对宽频范围内磁性相转变行为进行了连续测定。测试对象为单晶Cr-0.18at%Re合金，该合金在318K会发生由顺磁性( Paramagnetic，PM)到反铁磁性( Antiferromagnetic ,AFM)的磁相变。与纯铬类似，超声波脉冲会引发AFM相的自旋密度波和弹性应变的不稳定，进而导致超声波的衰减和粘滞性吸收。

實驗使用寬頻 IAP 50.2.1型传感器，水浸方法，试样规格为10mmx12mmx6mm的Cr-0.18at%Re单晶。谱分析的超声波数据长度为1024点，采样频率为1GHz。水浴温度以0. 5K/min的速率从315K升温到324K。

由寬頻傳感器獲得的典型時域脈沖波形如圖11-1a所示，其頻域波形如圖

11-1b所示，圖中實線爲入射波形及其頻譜，虛線爲底面反射波形及其頻譜。由圖可見，脈沖波在傳播過程中，20~40MHz區間的聲波與介質的交互作用較強烈；大于40MHz時，系統的響應受限于接收器的帶寬，以及表面回波和底面回波部分重疊造成的影響。聲波傳播過程中存在聲波衍射問題，由圖11-1b可以看出，在低頻可能産生的衍射行爲太弱，可以忽略不計。但對于波形發生重疊的回波，聲波衍射造成的影響則不可輕易忽略。在本研究中，准確捕獲衍射信息並非易事，由于采用了聚焦探頭，故而波形重疊的回波分析技術則顯得尤爲重要。

圖11-2爲不同溫度區間條件下，對應PM、AFM和過渡組織等不同組織狀態回波信號的幅-頻曲線。每個組織狀態同時給出了三條曲線，以示檢測結果的可重複性。PM相的頻譜和表面回波(見圖11-1)的頻譜大致相似，但是大于20MHz後第二個峰值下降明顯；AFM相對應的頻譜大體保留了表面回波頻譜的特征，整條譜線所有頻率對應的幅值都下降了，表明PM和AFM兩相中脈沖超聲波的衰減並不強烈地依賴于頻率。對于過渡狀態的組織來說，聲波與介質的交互作用最爲強烈，以致于頻率高于20MHz後聲波幾乎全部被吸收。將超聲波回波頻譜作爲溫度的函數，並將接收的脈沖幅值作爲頻率和溫度的函數進行繪圖，結果如圖11-3所示。可以看到，在較高頻段、318K附近的幅值明顯下降。

圖11-4爲超聲波回波頻譜中相應頻率的面積與溫度的關系曲線，它從另一個側面表征了PM-AFM相轉變過程的相變行爲。該特征表示法與單頻超聲波檢測法以及其他檢測技術相比更具特色，由圖可見，相轉變只發生在很短的溫度區間。

 借助于相位谱处理技术得到的超声波回波频散曲线如图11-5所示。观察发现，在5 ~ 40MHz的区间内，速度几乎与频率无关，相速度仅在有限的频率范围内与频率相关(见图11-5, 10MHz时速度设置为0m/s)。可以看到，每个分图都与个磁性相或组织相对应，即它们分别对应于不同的温度区间，但都具有良好的重复性。

目前還沒有建立鉻合金中PM-AFM相轉變超聲波衰減的物理機制。與單頻檢測技術相比，超聲波頻譜分析技術有很多優點。寬頻探頭頻譜分析只需一次測量就可以獲得連續頻率區域的信息。而單頻探頭則需多次測量才能獲得，且單頻技術局限于探頭的奇次諧振且需重新耦合，這就帶來了數據的分散性並難以用于相互對比。

PM相中的超聲波衰減要小于AFM相，這與文獻[6]用單頻多次測量的結果相符，與頻率幾乎沒有關系。在AFM相中較大的超聲波衰減應該是由于磁疇所導致的結果。造成聲能損失的原因不應簡單地用穩態磁疇與脈沖聲波間的相互作用來解釋，實質上應以自旋密度波和振蕩彈性應力的磁彈性耦合來解釋。Fawcett對此已給出了詳盡論述，本文不再贅述。

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