2．11　其他测试媒介

2．11．1　超声波

通常情况下，人耳能够听到声音的频率范围在20～20000Hz之间，因此，把频率超过20000Hz的声波称为超声波［5］。通常，在空气中传播的可称为声波（超声波），当其在工程检测领域的固体中传播时，其本质和弹性波的特性是一致的，其成分、传播、反射等特性也与前文讲述的弹性波部分相同。另外，在检测设备和产生的声波频率方面有一定差异。在此，主要就超声波与弹性波的差异进行分析和讲述。

2．11．1．1　超声波的激发和接收

在超声检测中，超声换能器是混凝土超声检测设备的重要组成部分。超声换能器的作用是通过声能与电能的相互转换产生和接收超声波。发射换能器是将电能转化成超声能量，即产生并发射超声波，超声波在混凝土中传播后，被接收换能器接收并将超声能量转换为电能，转换后的电信号送到主机进行处理。将电能与声能相互转换的发射或接收换能器统称为超声换能器。混凝土的超声换能器一般应用压电体材料的压电效应实现电能与声能的相互转换，称为压电换能器。

2．11．1．2　超声波的频率

通过晶体或多晶陶瓷的压电效应可获得数百千赫兹的超声波，对应的波长则较短。当在混凝土中应用时，其波长只有与骨料尺寸相近的数厘米。

2．11．1．3　超声波与弹性波的不同

超声波在固体中传播时，其衰减比较大。高频率超声波与冲击振动等方式诱发的冲击弹性波没有本质区别。

但是，由于激发方式以及受信结构上存在差异，超声波和冲击弹性波之间还是有一定的不同［6］、［7］，主要体现在：

（1）能量：冲击弹性波的能量远远大于超声波。

（2）发振信号的频率特性和波长：超声波波长短，一般是几厘米，而用锤击激振产生的冲击弹性波产生的波长一般是超声波的数十倍，达到几十厘米甚至更长。因此，超声波对细微的缺陷比较敏感，但衰减快，测试范围受到限制。

（3）受信信号的频率特性：因超声波与冲击弹性波在产生和获得方面的不同，使得两者之间的频率特性有较大的差别。首先在超声测试过程中，由于超声波的探头在保持高灵敏度的同时，就很难保证其频率响应特性，造成频率响应特性一般较差。典型的频率响应特性见图2－36，测试频域内几乎没有较为平坦的部分。也就是说，超声波测试仪器对频率分析和振幅分析都相对较为困难。而冲击弹性波测试一般采用的是加速度传感器，而传感器在各种固定方式下，其频响曲线都有较长平坦部分，有利于频谱分析和能量分析。超声波和冲击弹性波的主要异同见表2－5。

2．11．1．4　反射和折射

与弹性波一样，微波在不同介质的分界面上，由于不连续效应，会有反射和折射现象。当微波从介质1（相对介质常数为εr1，速度为v1）入射到介质2（相对介电常数为εr2，速度为v2）时，折射角同样由Senll定律确定：

微波垂直入射时，如不考虑介质损耗，其反射系数R同样可表达为速度的函数：

若用介电系数，则反射系数为：