超声波无损检测技术的基本原理

超声波是指频率高于20kHz，人耳所不能听到的机械波。超声波无损检测的基本原理是在被测固体材料（如木材、人造板）的厚度与波长相比可忽略的情况下，沿被测材料的长度方向传播的纵波的波速c与材料的密度ρ及材料的弹性模量E的关系为E=ρc²。因此，通过测定超声波经过预定距离的传播时间计算平均波速，然后可利用波速和密度计算材料的弹性模量。由于木材及人造板等木基复合材料的力学破坏强度与弹性模量之间具有密切的正相关性，所以超声波检测不但能测量木材等的声速和弹性模量，还可以对木材及人造板的强度进行有效的预测，从而改变了以往要测量木材的力学强度必须破坏试件的传统测试方法，而且弹性模量的获得也比传统方法来的简捷、迅速。图12.4-14是超声波无损检测仪（PUNDIT）测定木材纵向速度的基本原理示意图。

运用超声波在木材中传播的时间和速度，以及由此得到的木材超声波弹性模量在判断木材是否含有缺陷方面得到了广泛的应用。但由于超声波以波速为处理参数本身的局限性，使其在缺陷定性、定位和定量方面的可靠性和灵敏度并不是很高，因此人们将超声波频谱技术引入到木材性质检测中。超声波频谱技术是现代数字信号处理技术之一，由于具有方便、快速、影响因素少和易于实现自动化等优点，在材料无损检测及评价中显示出明显的优越性，其基本原理是指在频率域内对超声波信号进行分析，通过对超声波时域信号进行傅里叶变换。由于功率谱具有突出主频率、能够反映信号能量功率分布的特点，在动态信号分析中得到广泛应用。对于样本长度为T的时域信号f（t），功率谱G（f）的数学表达式为

式中 F（f）——f（t）的傅里叶变换。(www.xing528.com)

图12.4-14 PUNDIT测定木材纵向速度的基本原理