超声波在介质中衰减公式/方程

在超声波探伤仪探伤中，为了根据不同材质选择更匹配的探头，那么我们就需要知道超声波在介质中的衰减信息，下面是整理的的衰减公式

平面波不存在扩散衰减，只存在介质衰减，其声压衰减方程为:

Pχ=P₀e^-αx

式中

P₀——波源的起始声压;

Px——至波源距离为工处的声压;

x——至波源的距离;

α——介质衰减系数，单位为NP/mm;

e——自然对数的底(e =2.718···)。

球面波与柱面波既存在扩散衰减，又存在介质衰减，它们的声压衰减方程分别为:

球面波：Px=P₁e^-αx/x

柱面波:   Px=P₁e^-αx/√x

式中P₁——至波源的距离为单位1处的声压。

2.衰减系数

衰减系数α只考虑了介质的散射和吸收衰减，未涉及扩散衰减。对于金属材料等固体介质而言,介质衰减系数α等于散射衰减系数α_s和吸收衰减系数α_α之和。

α=α_α+α_s

α_α=c₁f

（1）α_s=c₂Fd³f⁴     d＜λ

（2）α_s=c₃Fdf²       d≈λ

（3）α_s=c₄F/d       d＞λ

式中

f ——超声波频率;

d——介质的晶粒直径;

λ——波长;

F——各向异性系数;

c₁、c₂、c₃、c₄——常数。

由以上公式可知:

(1）介质的吸收衰减与频率成正比。

(2）介质的散射衰减与f、d、F有关，当d<λ时，散射衰减系数与f⁴ 、d³成正比。在实际检测中，当介质晶粒较粗大时，若采用较高的频率，将会引起严重衰减，示波屏出现大量草波，使信噪比明显下降，超声波穿透能力显著降低。这就是晶粒较大的奥氏体钢和一些铸件检测的困难所在。

对于液体介质而言,主要是介质的吸收衰减。

式中

α=α_α=8π²f²η/2ρc³

η——介质的黏滞系数;

ρ——介质的密度;

c——波速。

由上式可知，液体介质的衰减系数α与介质的黏滞系数和频率平方成正比，与介质中的密度和波速立方成反比。

由于η、ρ、c与温度有关，所以α也与温度有关。一般是α随温度的升高而降低，是因为温度升高,分子热运动加剧，有利于超声波的传播。

以上讨论说明，介质的衰减与介质的性质密切相关，因此在实际工作中有时可根据底波的次数和幅度来衡量材料衰减情况，从而判定材料晶粒度大小、缺陷密集程度、石墨含量以及水中泥沙含量等。