聲(sheng)(sheng)波無(wu)處(chu)不在，是空(kong)氣或(huo)(huo)水等介質所攜(xie)帶(dai)的(de)(de)(de)一(yi)種機(ji)械振(zhen)動(dong)。超聲(sheng)(sheng)檢測(ce)(ce)涉及的(de)(de)(de)頻率超出人類聽力的(de)(de)(de)上限(xian)，高于20 KHz。最常(chang)見的(de)(de)(de)范圍(wei)為500 KHz ～ 20 MHz，雖(sui)然有(you)時(shi)也(ye)會使用更(geng)高或(huo)(huo)更(geng)低的(de)(de)(de)頻率。確(que)切的(de)(de)(de)檢測(ce)(ce)頻率要根據當前的(de)(de)(de)特定(ding)應用來選(xuan)擇。所有(you)超聲(sheng)(sheng)測(ce)(ce)厚儀的(de)(de)(de)工作原理(li)都是非(fei)常(chang)精確(que)地測(ce)(ce)量(liang)由超聲(sheng)(sheng)探(tan)頭產生(sheng)的(de)(de)(de)聲(sheng)(sheng)波脈(mo)沖(chong)通過被測(ce)(ce)樣件(jian)所需的(de)(de)(de)時(shi)間。聲(sheng)(sheng)波會從不同材料之間的(de)(de)(de)邊界反射回來，例如鋼(gang)管內壁與空(kong)氣或(huo)(huo)液體(ti)之間的(de)(de)(de)界面，因此這種測(ce)(ce)量(liang)通常(chang)可以(yi)從材料一(yi)側(ce)以(yi)“脈(mo)沖(chong)/回波"模式進行。

探(tan)(tan)頭中裝有一個壓(ya)電晶(jing)片(pian)，晶(jing)片(pian)受到(dao)短的(de)(de)(de)電脈沖激勵，會(hui)產生(sheng)一陣超聲(sheng)波(bo)(bo)。聲(sheng)波(bo)(bo)被(bei)(bei)耦(ou)合到(dao)被(bei)(bei)測(ce)(ce)材(cai)料(liao)(liao)中，并在材(cai)料(liao)(liao)中傳(chuan)播，直到(dao)碰上底面或其他邊界。然后聲(sheng)波(bo)(bo)反射(she)回到(dao)探(tan)(tan)頭，探(tan)(tan)頭再將聲(sheng)能(neng)轉換為電能(neng)。從本質上講，測(ce)(ce)厚儀傾聽(ting)的(de)(de)(de)是來自材(cai)料(liao)(liao)另一側(ce)的(de)(de)(de)回波(bo)(bo)。通(tong)常，聲(sheng)波(bo)(bo)在表(biao)面與底面之間傳(chuan)播所(suo)用時間只有幾百萬分之一秒。測(ce)(ce)厚儀的(de)(de)(de)程序中包含了被(bei)(bei)測(ce)(ce)材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)聲(sheng)速，這樣就可以通(tong)過簡單的(de)(de)(de)數學關系(xi)計算出厚度。

T = (V) × (t/2)
其中
T = 工件的厚度
V = 被測材料中的聲速
t = 測(ce)量(liang)到的往返(fan)傳播時間

在(zai)(zai)某些情況下，還會減去(qu)零位偏移值，以(yi)去(qu)除聲波(bo)在(zai)(zai)儀器和聲程中的某些固定延遲。

值得注意的(de)(de)是，被(bei)測(ce)材(cai)料中的(de)(de)聲(sheng)速是該計(ji)算中的(de)(de)重要(yao)部(bu)分。聲(sheng)波在(zai)不(bu)同材(cai)料中會(hui)以不(bu)同的(de)(de)速度(du)(du)傳播，一(yi)(yi)般來說，在(zai)硬材(cai)料中聲(sheng)速較快，在(zai)軟材(cai)料中聲(sheng)速較慢，而且聲(sheng)速會(hui)隨著溫(wen)(wen)度(du)(du)的(de)(de)變(bian)化(hua)(hua)而發生顯著的(de)(de)變(bian)化(hua)(hua)。因(yin)(yin)此，一(yi)(yi)定要(yao)將超聲(sheng)測(ce)厚儀校準為被(bei)測(ce)材(cai)料的(de)(de)聲(sheng)速，而且校準時的(de)(de)準確度(du)(du)有(you)多好，檢測(ce)的(de)(de)準確度(du)(du)就會(hui)有(you)多好。校準通(tong)常要(yao)使(shi)用一(yi)(yi)個厚度(du)(du)已知的(de)(de)參考標準試(shi)塊(kuai)(kuai)完成。在(zai)高(gao)溫(wen)(wen)測(ce)量的(de)(de)情況下(xia)，還需要(yao)記(ji)住，聲(sheng)速會(hui)隨著溫(wen)(wen)度(du)(du)的(de)(de)變(bian)化(hua)(hua)而變(bian)化(hua)(hua)，因(yin)(yin)此為了(le)獲得上佳精度(du)(du)，參考標準試(shi)塊(kuai)(kuai)的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)應該與被(bei)測(ce)樣(yang)件的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)相同。

聲(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)頻率(lv)越(yue)(yue)(yue)高，相關波(bo)長(chang)(chang)越(yue)(yue)(yue)短，越(yue)(yue)(yue)可以測量更(geng)薄的(de)材料。頻率(lv)越(yue)(yue)(yue)低，波(bo)長(chang)(chang)越(yue)(yue)(yue)長(chang)(chang)，在材料中穿透得更(geng)遠(yuan)，因此(ci)低頻聲(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)可以檢測非常厚的(de)樣件(jian)或(huo)玻(bo)璃纖(xian)維和粗粒(li)鑄造金屬(shu)等聲(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)傳(chuan)輸效率(lv)較低的(de)材料。要選擇一(yi)個(ge)適當的(de)檢測頻率(lv)，通常需(xu)要平衡這些(xie)對分辨率(lv)和穿透力的(de)要求。在超聲(sheng)(sheng)(sheng)頻率(lv)范圍內，聲(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)具有很強(qiang)的(de)方向性，雖然聲(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)可以自由穿過典型的(de)金屬(shu)、塑料和陶(tao)瓷，但也會(hui)從與空氣交接(jie)的(de)內壁或(huo)裂縫等邊(bian)界反(fan)射(she)。

兆赫范圍內的(de)聲波不(bu)能有(you)效地在空(kong)氣中傳(chuan)播，因(yin)此要(yao)在探(tan)頭和被測(ce)樣(yang)(yang)件之間使(shi)用耦(ou)合液，幫助聲波有(you)效地傳(chuan)輸到樣(yang)(yang)件中。常見的(de)耦(ou)合劑有(you)甘油(you)、丙二醇(chun)、水、油(you)和凝膠(jiao)。只需要(yao)少量的(de)耦(ou)合劑，只要(yao)能夠填充(chong)探(tan)頭和被測(ce)樣(yang)(yang)件之間原(yuan)本存在的(de)極薄空(kong)氣間隙即可(ke)。

下面顯示的(de)(de)是一個典(dian)型超(chao)聲探(tan)傷儀(yi)的(de)(de)方(fang)框示意(yi)圖。脈沖(chong)發(fa)生(sheng)器在微(wei)處理(li)器的(de)(de)控制(zhi)下，向(xiang)探(tan)頭提供(gong)電壓脈沖(chong)，生(sheng)成向(xiang)外發(fa)射的(de)(de)超(chao)聲波。從(cong)被測樣件返回的(de)(de)回波由探(tan)頭接收，并轉換(huan)為電信號，這些(xie)信號被送入(ru)接收器放大器，然(ran)后再(zai)被數(shu)字化處理(li)。基于(yu)微(wei)處理(li)器的(de)(de)控制(zhi)和(he)計時邏輯(ji)，既(ji)能與脈沖(chong)發(fa)生(sheng)器同步，又能選擇適當回波進行時間(jian)間(jian)隔測量。

如果(guo)探測(ce)到回波，計時(shi)電路將(jiang)在第3節中討論的(de)(de)(de)一(yi)種模式下精確(que)測(ce)量(liang)時(shi)間(jian)間(jian)隔，然后(hou)通常會(hui)(hui)多次重復這個(ge)過程，以獲得一(yi)個(ge)平(ping)均讀數。然后(hou)，微處理器使用(yong)這個(ge)時(shi)間(jian)間(jian)隔測(ce)量(liang)值(zhi)，以及儀器中設(she)置的(de)(de)(de)聲(sheng)速和(he)零位偏移(yi)值(zhi)來(lai)計算材料的(de)(de)(de)厚度。最(zui)后(hou)，厚度值(zhi)會(hui)(hui)顯示(shi)在屏幕上，并以選定的(de)(de)(de)速率(lv)更新。

在聲速校準過程中，測厚儀測量材料與被測樣件相同的參考樣件的聲速，然后將聲速值存儲起來，以便在基于測到的時間間隔值計算厚度時使用。影響聲速的主要因素如下：材料密度和彈性、材料的組成成分、晶粒結構和溫度。

在零位校準過程中，測厚儀使用一個與被測樣件材料相同、厚度已知的樣件的測量值，計算零位偏移值，以補償在整個脈沖發射時間中不是在被測樣件中發生的實際聲程的部分。造成零位偏移的主要因素包括測厚儀中的電子轉換延遲、電纜延遲、探頭延遲和耦合劑延遲。對于接觸式探頭，探頭延遲包括聲能通過其防磨板離開探頭所需的時間。對于雙晶探頭，探頭延遲是聲能通過探頭的延遲塊或隔板所需的時間。（在模式2和模式3測量中，計時從代表聲能進入被測樣件位置的界面回波開始，零位偏移值中的探頭分量一般為零。）

推(tui)薦(jian)使(shi)用(yong)的(de)(de)聲速和零位校(xiao)(xiao)準程(cheng)序是“兩(liang)點校(xiao)(xiao)準"，這(zhe)種校(xiao)(xiao)準需要(yao)兩(liang)個(ge)(ge)具有不(bu)同厚(hou)(hou)度、與被測樣件(jian)材(cai)料相同的(de)(de)校(xiao)(xiao)準試(shi)塊，試(shi)塊的(de)(de)厚(hou)(hou)度需處于(yu)待測厚(hou)(hou)度范圍內，且要(yao)精(jing)確已知(zhi)。不(bu)一定要(yao)用(yong)商業試(shi)塊，只(zhi)要(yao)試(shi)塊的(de)(de)厚(hou)(hou)度已知(zhi)即可。更重(zhong)要(yao)的(de)(de)是，用(yong)于(yu)校(xiao)(xiao)準的(de)(de)材(cai)料要(yao)與被測材(cai)料相同，表面處理情況最(zui)好也相同。兩(liang)個(ge)(ge)試(shi)塊的(de)(de)厚(hou)(hou)度比應(ying)為(wei)2:1或更大，最(zui)好是5:1或更大。

常見的校準序列如下：
(1) 將探頭耦合到較厚的參考樣件上。
(2) 使用鍵區中的按鍵輸入“校準聲速"指令。
(3) 厚度讀數穩定后，按“確定"鍵。
(4) 使用鍵區中的按鍵，調整顯示的值，使其對應于較厚參考樣件的實際厚度。
(5) 將探頭耦合到較薄的參考樣件上。
(6) 使用鍵區中的按鍵，輸入“校準零位"。
(7) 厚度讀數穩定后，按“確定"鍵。
(8) 使用鍵區中的按鍵，調整顯示的值，使其對應于較薄參考樣件的實際厚度。
(9) 按“測量"鍵，完成校準過程。

測厚儀使用這4個數據點，即兩個輸入的厚度值加上測量到的與每個厚度值相關的聲波傳播時間值，計算出聲速值和零位值，從而解開這個方程。然后，計算的聲速值和零位值會用于測量，并作為設置的一部分存儲起來。

在兩(liang)點(dian)校(xiao)準(zhun)(zhun)之后，一個不(bu)(bu)錯(cuo)的(de)做法是使(shi)用(yong)一個或多個額外的(de)參考校(xiao)準(zhun)(zhun)試塊核查讀(du)數，所用(yong)標(biao)準(zhun)(zhun)試塊的(de)厚(hou)度(du)(du)(du)需(xu)介于(yu)校(xiao)準(zhun)(zhun)所用(yong)的(de)兩(liang)個厚(hou)度(du)(du)(du)值之間。耦合方法不(bu)(bu)正(zheng)確(que)，或輸入了(le)不(bu)(bu)正(zheng)確(que)的(de)數字(zi)值會導致(zhi)測(ce)量錯(cuo)誤(wu)(wu)，所用(yong)校(xiao)準(zhun)(zhun)試塊的(de)厚(hou)度(du)(du)(du)如果(guo)(guo)超出(chu)了(le)給定測(ce)厚(hou)儀、探頭和設置的(de)有效測(ce)量范圍，也會導致(zhi)測(ce)量錯(cuo)誤(wu)(wu)。如果(guo)(guo)厚(hou)度(du)(du)(du)讀(du)數不(bu)(bu)正(zheng)確(que)，而且誤(wu)(wu)差隨著厚(hou)度(du)(du)(du)的(de)增(zeng)加(jia)而增(zeng)加(jia)，那么錯(cuo)誤(wu)(wu)原(yuan)因很可能出(chu)在聲速值上。如果(guo)(guo)在多個步驟中測(ce)量的(de)厚(hou)度(du)(du)(du)值出(chu)現(xian)固(gu)定的(de)誤(wu)(wu)差，則錯(cuo)誤(wu)(wu)原(yuan)因很可能出(chu)在零位校(xiao)準(zhun)(zhun)上。如果(guo)(guo)出(chu)現(xian)上述任(ren)一種情(qing)況，都應該(gai)重新(xin)完成兩(liang)點(dian)校(xiao)準(zhun)(zhun)過程。

超聲測(ce)(ce)厚(hou)儀通過對回波進行非常(chang)精確(que)的計時(shi)，獲得被(bei)(bei)測(ce)(ce)樣件(jian)的厚(hou)度(du)讀數(shu)。為了(le)將這(zhe)些時(shi)間測(ce)(ce)量值轉(zhuan)換為厚(hou)度(du)測(ce)(ce)量值，必須要根據被(bei)(bei)測(ce)(ce)材料的聲速(su)、儀器所要求的各種(zhong)必要零位偏移值、探頭類型或回波形狀，對儀器進行預設。這(zhe)個過程(cheng)通常(chang)被(bei)(bei)稱為測(ce)(ce)厚(hou)儀校(xiao)準(zhun)(zhun)。任(ren)何超聲測(ce)(ce)量的準(zhun)(zhun)確(que)度(du)都取決于校(xiao)準(zhun)(zhun)時(shi)是(shi)否準(zhun)(zhun)確(que)、仔(zi)細。不(bu)正確(que)的校(xiao)準(zhun)(zhun)會(hui)導致不(bu)準(zhun)(zhun)確(que)的厚(hou)度(du)讀數(shu)。好在校(xiao)準(zhun)(zhun)過程(cheng)通常(chang)比較簡單。

針(zhen)對各種(zhong)材料和探(tan)頭進(jin)行(xing)的(de)許多不同的(de)校(xiao)準可(ke)被存儲在測(ce)(ce)厚儀中(zhong)，并被快速調(diao)用(yong)。當被測(ce)(ce)材料或探(tan)頭改變時(shi)，或者(zhe)被測(ce)(ce)材料的(de)溫度發生(sheng)顯著變化時(shi)，一定(ding)(ding)要記得(de)重新(xin)進(jin)行(xing)校(xiao)準，或調(diao)用(yong)適當的(de)預設校(xiao)準。此外(wai)，我們建議使用(yong)厚度已知的(de)樣件進(jin)行(xing)定(ding)(ding)期核查，以驗(yan)證測(ce)(ce)厚儀是(shi)否運行(xing)正常，特別是(shi)在關(guan)鍵應用(yong)中(zhong)。

下表列(lie)出了(le)可(ke)以使用超聲(sheng)(sheng)測(ce)厚(hou)儀測(ce)量的(de)(de)(de)(de)各種常見材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)典(dian)型(xing)縱波(bo)超聲(sheng)(sheng)速(su)度(du)(du)。請注意，這(zhe)(zhe)只(zhi)是一般性的(de)(de)(de)(de)指(zhi)導。這(zhe)(zhe)些材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)實際聲(sheng)(sheng)速(su)可(ke)能會因各種不同的(de)(de)(de)(de)原因而發生(sheng)顯著的(de)(de)(de)(de)變(bian)化，如(ru)：特定的(de)(de)(de)(de)成分(fen)或微觀結構、晶(jing)粒或纖(xian)維(wei)取(qu)向、多孔性和溫度(du)(du)等。對(dui)于鑄造金屬、玻璃(li)纖(xian)維(wei)、塑料(liao)和復合(he)材(cai)料(liao)，更是如(ru)此。為了(le)完成準(zhun)(zhun)確度(du)(du)很高的(de)(de)(de)(de)厚(hou)度(du)(du)測(ce)量，具(ju)體被(bei)測(ce)材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)聲(sheng)(sheng)速(su)應該始(shi)終通過在(zai)厚(hou)度(du)(du)已知的(de)(de)(de)(de)樣品上進行聲(sheng)(sheng)速(su)校準(zhun)(zhun)的(de)(de)(de)(de)方法獲得。

常見材料的超聲聲速值