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0 序言
有个朋友在一两个月前发消息,让我写篇短文,解释一下“导波”。 所以拖到今天,原因是,我对声发射和导波这些非常规的超声,或说,这些新东西,缺少实用经验,不敢,也不愿多谈。近来,浏览了一下杂志和网络文章,发现它们多是讲具体应用的,多是讲导波在管道等领域在用(健康)普查中优点的;似乎缺少关于超声导波一些原理性的东西。于是,决定自己写点浅见,算是学习笔记吧。如有不当,请指正。
1导波概论
简单地说,导波是被限制在波导体(或波导)内传播的波。
这样的叙述,似乎是有点文字游戏,但我认为这是一种较准确的叙述。什么是波导体(或波导)呢?能够引导着波按设定方向传播(或衰减小,能量集中,或速度快,或二者兼而有之)的结构,叫波导体(或波导)。
波分电磁波和机械波(又称弹性波,声波)。因此,“导波”,从实用角度分为电磁导波和超声导波,而且前者使用的广泛性,远远超过了后者。
1.1 电磁导波
并不是所有电磁波,都可以成为电磁导波的,如可见光,x或r射线,波导体约束不了它们,它们不可能是电磁导波。能够成为电磁导波的,是无线电波,特别是,经常用于电视、雷达的是无线电波中频率高(波长短)的微波,它的频率范围是3×108Hz(波长1m)——3×1011Hz(波长1mm)。
电磁导波的定义是:在传输线中所传输的电磁波。
传输线,一种电磁波的波导体,起着引导能量和传输信息的作用。
1.2 超声导波
由于笔者至今没有从标准上查到超声导波的定义,只能笼统地做如下叙述:
超声导波是基本上被限制在钢质薄板或薄壁管或小直径杆件中传播的特殊波。这种波型的特征是: 在整个厚度内,所有质点振动引起的结果(又可称为“共振结果”),使波的传播方向与界面平行。
兰姆波(Lamb波),是导波最常见和常用的波型。关于兰姆波型,请读者见特压教材《超声检测》(2008版)第13页图2—11。由图可见:图中不论是对称型(S型),还是非对称型(A型),它们共同的特性,是整个板厚上质点的共振结果,使波的传播方向,与界面平行。
人们习惯上把在薄板中传播的导波,称为板波。
1.3 附:标准对板波的定义
GB/T12604.1《无损检测 术语 超声检测》,没有导波的定义,其第3.5条有如下术语和定义,可作为参考:
板波
兰姆波
在薄板整个厚度内传播的波型,仅能在入射角、频率和板厚为特定值时方可产生。
这个定义,与ASME V的定义相同。笔者在后面短文中,会讨论导波的产生,并认为,用倾斜入射方法产生导波,是落后的。