導(dǎo)讀
常規(guī)單晶縱波超聲探頭工作的方式如同可發(fā)出高頻機械振動的活塞，探頭產(chǎn)生的這種振動即為聲波。
在壓電換能器晶片（通常被稱作晶片）被施與電壓時，垂直于晶片表面的方向會受壓變形。
電壓消失后，一般在一微秒之內(nèi)，晶片反彈，產(chǎn)生機械能脈沖，形成超聲波。
下面圖中的概念化示例表明一個壓電晶片對短暫的電壓脈沖產(chǎn)生的響應(yīng)。
（常規(guī)超聲波晶片工作原理）
最常用于超聲無損檢測的探頭類型在功能方面都具有以下基本屬性：
1.類型
根據(jù)探頭的功能可將探頭劃分為接觸式、延遲塊式、角度聲束、或水浸式等類型。
被測材料的特性，如：表面粗糙度、溫度、可達性、材料內(nèi)缺陷的位置、檢測速度等，都會影響用戶對探頭類型的選擇。
2.尺寸
尺寸是指激活探頭晶片的直徑。
晶片通常被置于比它稍大一點的外殼中。
3.頻率
頻率是指一秒鐘內(nèi)聲波完成振動周期的次數(shù)，通常用千赫（kHz）或兆赫（MHz）表示。
大多數(shù)工業(yè)超聲檢測在500 kHz到20 MHz頻率范圍內(nèi)進行，因此大多數(shù)探頭的頻率處于這個范圍內(nèi)。
不過，用戶也可以買到頻率范圍在50 kHz以下，以及200 MHz以上的商業(yè)探頭。
頻率越低，穿透力越強；頻率越高，分辨率和聚焦力度越高。
4.寬帶
帶寬是處于特定波幅范圍內(nèi)的頻率響應(yīng)的部分。
在這種情況下，應(yīng)該注意典型的NDT探頭不會生成單一頻率的聲波，而只能在以額定的頻率值為中心的頻率范圍內(nèi)生成聲波。
工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)將這個帶寬確定在–6 dB（或半波幅）的位置處。
5.波形持續(xù)
波形持續(xù)是指每次探頭被脈沖觸發(fā)后生成的波動周期的數(shù)量。
窄帶寬探頭要比寬帶寬探頭生成的波動周期數(shù)量多。
晶片直徑、基底材料、電子調(diào)諧、探頭激勵的方式都會影響波形持續(xù)。
6.靈敏度
靈敏度是指激勵脈沖波幅與從指定目標(biāo)反射的回波波幅之間的關(guān)系。
我們用以下這個比喻可以有效說明這個概念。
發(fā)自典型的未聚焦圓盤探頭的聲束經(jīng)常被想象成一束源自激活晶片區(qū)域的能量柱，這個能量柱在直徑方向上擴散，最后消失。
（超聲波聲束）
實際上，真正的聲束形狀要比這復(fù)雜，因為壓力在橫向和軸向上都會逐漸發(fā)生變化。
在下面的聲束形狀圖中，紅色代表能量最高的區(qū)域，而綠色和藍(lán)色代表能量較低的區(qū)域。
（超聲波聲束能量分布）
探頭的聲場被分為兩個區(qū)域：近場和遠(yuǎn)場。
近場是指接近探頭的區(qū)域。
在這個區(qū)域中聲壓反復(fù)幾次達到最大值、最小值。這個區(qū)域的終端為軸上最后一次出現(xiàn)最大聲壓值的位置。
這個位置到探頭表面的距離表示為N，即近場距離。
近場距離N代表探頭的自然焦距。
（超聲波近場區(qū)）
遠(yuǎn)場是近場距離（N值）以外的區(qū)域。在這個區(qū)域，隨著聲束直徑的擴展及聲能的消散，聲壓逐漸降低為零。
近場距離是探頭頻率、晶片直徑與被測材料聲速互相作用的一個函數(shù)。
通過以下公式，可以為相控陣檢測中常用的正方形或長方形晶片，計算出這個函數(shù)值：
（正方形或長方形晶片近場區(qū)計算公式）
由于近場中聲壓的不同，很難使用基于波幅的技術(shù)精確評價缺陷（盡管近場中的厚度測量不成問題）。
此外，N值代表通過聲學(xué)透鏡或相位調(diào)整技術(shù)使探頭聲束聚焦的最大距離。
如果是環(huán)形晶片，則不使用k值，而是使用晶片直徑（D）代替長度項：
（短邊/長邊的比率）
如果是環(huán)形晶片，則不使用k值，而是使用晶片直徑（D）代替長度項：
（圓形晶片近場區(qū)計算公式）
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