垂直入射横波探头

本应用说明总结了有关垂直入射横波探头的重要信息，例如我们的V150-V157和V220-V222系列探头。这些探头通常与超声测厚仪、探伤仪或脉冲发生器/接收器一起使用，测量被测材料中的横波速度，声速测量通常与弹性模量计算有关，如我们在弹性模量测量应用说明中所述。

垂直入射横波探头的工作原理

垂直入射横波探头是一种单晶接触式探头，无需折射模式转换，即可直接将横波传入到被测工件中。根据定义，这些声波垂直于测试表面传播，而其粒子运动却平行于被测表面。这种探头使用垂直于电极方向切割的压电晶片，因此在发射脉冲、施加激励电压时，它们会以剪切（横向）模式而不是纵向（压缩）模式振动，如下图所示。

使用横波探头时要注意的5个关键事项

横波探头具有特殊性，需要注意以下因素才能获得良好的响应。

1. 激励脉冲限制

在给定检测中，应始终使用尽可能低的激励电压（最好是100伏）来驱动横波探头。当长时间将太多的功率传输到探头时，晶片可能实际上会改变极性，成为纵波模式的晶片。长时间使用大多数超声探头中的300伏–400伏的脉冲，就会产生这种效应。频率较高的晶片（5 MHz及以上）更容易受到这种极性调整的影响，因为它们更薄。这种影响是无法逆转的。受到这种损坏后，改变了极性的探头基本上就变成了纵波探头。

2. 耦合

必须使用高粘度横波耦合剂，如SWC-2 (Q7700010)，将垂直入射横波耦合到被测样件中。标准超声耦合剂无法做到这点，因为它们是液体或凝胶。液体的一个基本属性是不支持剪切应力。因此，低粘度和中等粘度的液体（如传统的超声耦合剂）不会传输横波。

为了获得上佳效果，请使用一层非常薄的SWC-2高粘度耦合剂，并施加强劲的耦合压力。推荐的步骤是在探头上涂抹少量耦合剂，然后用刀片或直尺将其铺成薄层，将探头耦合到被测样件上，并通过旋转探头的方式进一步使耦合剂层变薄。通常情况下，随着耦合剂层逐渐变薄，您会看到回波波幅会增大。

3. 极化方向

在我们的横波探头中，横波的极化方向（粒子运动的轴）与标准RM和RB样式的直角连接器一致。配有SB（平直BNC）或SM（平直microdot）连接器的横波探头的外壳上刻有一条标记极化轴的线。在各向异性材料中，脉冲传输时间和波幅通常会随着探头在被测样件表面的旋转而变化，这样就会改变粒子运动的方向，从而在方向上改变材料的机械特性。

4. 材料衰减

在常见工程金属和陶瓷中，横波的传播性能通常很好，除非存在粗晶粒结构。不过，橡胶和软塑料等柔性材料的横波衰减通常会非常高。因此，即便使用了适当的耦合剂，通常也不会产生有效的横波回波。硬质塑料（例如丙烯酸树脂）以及结构复合材料通常可以在较低的超声检测频率下传输有效的横波，但在选择探头和设置仪器时应格外谨慎。

5. 纵波伪影

所有垂直入射横波晶片也会产生一些潜在的纵波能量。通常，这类纵波分量比横波信号低至少低30 dB。然而，在横波衰减性很高而纵波衰减性较低的材料（如柔性塑料）中，或者在使用非粘性耦合剂的情况下，横波分量可能会大幅衰减，而些许纵波能量仍然存在，并在显示屏中被认作主要波形。正如上文激励脉冲限制部分所述，横波探头因激励电压过高而损坏时，也会出现这种现象。

有关垂直入射横波探头的更多信息，请联系我们。