聲(sheng)(sheng)波(bo)無(wu)處不(bu)在，是空氣或水等介(jie)質所(suo)(suo)攜帶的(de)(de)一種機械振動(dong)。超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)檢測涉及(ji)的(de)(de)頻(pin)率(lv)超(chao)(chao)出人類(lei)聽力的(de)(de)上(shang)限，高(gao)于20 KHz。最(zui)常見(jian)的(de)(de)范圍(wei)為(wei)500 KHz ～ 20 MHz，雖然有時(shi)也會使用更高(gao)或更低(di)的(de)(de)頻(pin)率(lv)。確切的(de)(de)檢測頻(pin)率(lv)要根據當前(qian)的(de)(de)特定應(ying)用來選擇(ze)。所(suo)(suo)有超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)測厚儀的(de)(de)工作(zuo)原理都是非常精確地測量由(you)超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)探頭(tou)產生的(de)(de)聲(sheng)(sheng)波(bo)脈沖通(tong)過被(bei)測樣件所(suo)(suo)需(xu)的(de)(de)時(shi)間(jian)。聲(sheng)(sheng)波(bo)會從(cong)不(bu)同材(cai)料之間(jian)的(de)(de)邊界反射回來，例(li)如鋼管內壁與空氣或液體之間(jian)的(de)(de)界面(mian)，因此這種測量通(tong)常可以從(cong)材(cai)料一側以“脈沖/回波(bo)"模式進行。

探頭中裝有一(yi)個壓電晶片，晶片受到(dao)短(duan)的(de)電脈(mo)沖激勵，會(hui)產生一(yi)陣(zhen)超聲(sheng)(sheng)波。聲(sheng)(sheng)波被耦合到(dao)被測(ce)材(cai)(cai)料中，并在材(cai)(cai)料中傳播(bo)(bo)，直到(dao)碰上(shang)底面(mian)或其他邊界。然后聲(sheng)(sheng)波反射回(hui)到(dao)探頭，探頭再將(jiang)聲(sheng)(sheng)能轉(zhuan)換為電能。從本質(zhi)上(shang)講，測(ce)厚(hou)(hou)儀傾(qing)聽的(de)是來(lai)自(zi)材(cai)(cai)料另一(yi)側的(de)回(hui)波。通常，聲(sheng)(sheng)波在表面(mian)與底面(mian)之間傳播(bo)(bo)所(suo)用時間只有幾百萬分之一(yi)秒。測(ce)厚(hou)(hou)儀的(de)程(cheng)序中包含了被測(ce)材(cai)(cai)料的(de)聲(sheng)(sheng)速，這樣就可以通過簡單的(de)數(shu)學關系計算出(chu)厚(hou)(hou)度。

T = (V) × (t/2)
其中
T = 工件的厚度
V = 被測材料中的聲速
t = 測量到的往(wang)返傳播時間

在某些(xie)情況(kuang)下，還會減去零位(wei)偏移值(zhi)，以去除聲波在儀器和聲程(cheng)中的某些(xie)固定(ding)延遲。

值得注意的(de)(de)(de)是，被(bei)測材(cai)(cai)料(liao)(liao)中的(de)(de)(de)聲(sheng)(sheng)速(su)(su)(su)是該計算(suan)中的(de)(de)(de)重要部分(fen)。聲(sheng)(sheng)波(bo)在不(bu)同材(cai)(cai)料(liao)(liao)中會(hui)(hui)(hui)以不(bu)同的(de)(de)(de)速(su)(su)(su)度(du)(du)傳播(bo)，一(yi)般(ban)來說，在硬材(cai)(cai)料(liao)(liao)中聲(sheng)(sheng)速(su)(su)(su)較快，在軟(ruan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)中聲(sheng)(sheng)速(su)(su)(su)較慢(man)，而(er)(er)且聲(sheng)(sheng)速(su)(su)(su)會(hui)(hui)(hui)隨著溫度(du)(du)的(de)(de)(de)變(bian)化而(er)(er)發生顯著的(de)(de)(de)變(bian)化。因此(ci)，一(yi)定要將超聲(sheng)(sheng)測厚儀校(xiao)準(zhun)為(wei)被(bei)測材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)聲(sheng)(sheng)速(su)(su)(su)，而(er)(er)且校(xiao)準(zhun)時(shi)的(de)(de)(de)準(zhun)確(que)度(du)(du)有多(duo)好，檢測的(de)(de)(de)準(zhun)確(que)度(du)(du)就(jiu)會(hui)(hui)(hui)有多(duo)好。校(xiao)準(zhun)通常(chang)要使用一(yi)個厚度(du)(du)已(yi)知的(de)(de)(de)參(can)考標(biao)準(zhun)試(shi)塊(kuai)完(wan)成。在高溫測量的(de)(de)(de)情況下(xia)，還需(xu)要記住，聲(sheng)(sheng)速(su)(su)(su)會(hui)(hui)(hui)隨著溫度(du)(du)的(de)(de)(de)變(bian)化而(er)(er)變(bian)化，因此(ci)為(wei)了獲(huo)得上佳精度(du)(du)，參(can)考標(biao)準(zhun)試(shi)塊(kuai)的(de)(de)(de)溫度(du)(du)應該與被(bei)測樣件(jian)的(de)(de)(de)溫度(du)(du)相(xiang)同。

聲(sheng)波(bo)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)越(yue)(yue)(yue)(yue)高，相關波(bo)長越(yue)(yue)(yue)(yue)短(duan)，越(yue)(yue)(yue)(yue)可(ke)以(yi)測量更薄的(de)材料。頻(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)越(yue)(yue)(yue)(yue)低(di)，波(bo)長越(yue)(yue)(yue)(yue)長，在(zai)材料中穿(chuan)透得更遠(yuan)，因此低(di)頻(pin)聲(sheng)波(bo)可(ke)以(yi)檢測非(fei)常(chang)厚的(de)樣(yang)件(jian)或玻璃纖維和粗(cu)粒(li)鑄造(zao)金(jin)屬(shu)等(deng)聲(sheng)波(bo)傳(chuan)輸效率(lv)(lv)(lv)(lv)較低(di)的(de)材料。要選擇(ze)一個適(shi)當(dang)的(de)檢測頻(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)，通常(chang)需要平衡(heng)這些對分辨(bian)率(lv)(lv)(lv)(lv)和穿(chuan)透力的(de)要求。在(zai)超聲(sheng)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)范圍(wei)內(nei)，聲(sheng)波(bo)具有(you)很(hen)強的(de)方(fang)向性(xing)，雖然聲(sheng)波(bo)可(ke)以(yi)自(zi)由穿(chuan)過(guo)典(dian)型的(de)金(jin)屬(shu)、塑料和陶(tao)瓷(ci)，但也會從(cong)與空氣交接的(de)內(nei)壁或裂縫等(deng)邊界反射。

兆赫范圍(wei)內(nei)的聲波不能(neng)有(you)效地在(zai)(zai)空氣(qi)中傳播，因此要在(zai)(zai)探頭和(he)被測(ce)樣(yang)(yang)件之間(jian)使用耦(ou)(ou)合(he)(he)液(ye)，幫助聲波有(you)效地傳輸到(dao)樣(yang)(yang)件中。常(chang)見的耦(ou)(ou)合(he)(he)劑有(you)甘(gan)油(you)、丙二醇、水、油(you)和(he)凝膠。只(zhi)需要少量的耦(ou)(ou)合(he)(he)劑，只(zhi)要能(neng)夠填充探頭和(he)被測(ce)樣(yang)(yang)件之間(jian)原本存在(zai)(zai)的極薄空氣(qi)間(jian)隙即可(ke)。

下面顯(xian)示的(de)是一個典型超聲探(tan)(tan)(tan)傷(shang)儀的(de)方框示意圖(tu)。脈沖發生(sheng)器在微處理器的(de)控制(zhi)下，向探(tan)(tan)(tan)頭提供(gong)電(dian)壓(ya)脈沖，生(sheng)成向外發射的(de)超聲波(bo)。從(cong)被(bei)測樣件返回的(de)回波(bo)由探(tan)(tan)(tan)頭接(jie)(jie)收(shou)，并轉(zhuan)換(huan)為電(dian)信號，這些(xie)信號被(bei)送入接(jie)(jie)收(shou)器放大(da)器，然后再被(bei)數(shu)字化處理。基于微處理器的(de)控制(zhi)和計時邏輯，既能與脈沖發生(sheng)器同(tong)步，又能選擇適當回波(bo)進行時間間隔測量。

如果(guo)探(tan)測到回波，計時電(dian)路將在第3節中(zhong)討論(lun)的(de)(de)一(yi)種模(mo)式下精確測量時間間隔，然后通常會多(duo)次重復這個過(guo)程，以(yi)(yi)獲得一(yi)個平均(jun)讀數。然后，微處理器使用(yong)這個時間間隔測量值(zhi)(zhi)，以(yi)(yi)及儀(yi)器中(zhong)設(she)置的(de)(de)聲(sheng)速(su)和零位偏移(yi)值(zhi)(zhi)來計算材料的(de)(de)厚(hou)度(du)。最后，厚(hou)度(du)值(zhi)(zhi)會顯示在屏幕上，并以(yi)(yi)選定的(de)(de)速(su)率更新。

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。）

推薦(jian)使(shi)用的(de)(de)聲速和零(ling)位校(xiao)準(zhun)程序(xu)是“兩(liang)點校(xiao)準(zhun)"，這種(zhong)校(xiao)準(zhun)需要兩(liang)個(ge)具有不同(tong)厚度、與被(bei)測樣件材(cai)料相同(tong)的(de)(de)校(xiao)準(zhun)試(shi)塊，試(shi)塊的(de)(de)厚度需處于待測厚度范圍(wei)內，且要精確(que)已知。不一定要用商業試(shi)塊，只要試(shi)塊的(de)(de)厚度已知即可(ke)。更重要的(de)(de)是，用于校(xiao)準(zhun)的(de)(de)材(cai)料要與被(bei)測材(cai)料相同(tong)，表面處理情況最好也(ye)相同(tong)。兩(liang)個(ge)試(shi)塊的(de)(de)厚度比應為2:1或更大，最好是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(zai)兩點校(xiao)準(zhun)之(zhi)后，一個(ge)(ge)不錯(cuo)(cuo)的(de)(de)(de)做法是使用(yong)一個(ge)(ge)或多個(ge)(ge)額外(wai)的(de)(de)(de)參(can)考(kao)校(xiao)準(zhun)試(shi)塊(kuai)核查(cha)讀數(shu)，所(suo)用(yong)標準(zhun)試(shi)塊(kuai)的(de)(de)(de)厚(hou)(hou)(hou)度需介于校(xiao)準(zhun)所(suo)用(yong)的(de)(de)(de)兩個(ge)(ge)厚(hou)(hou)(hou)度值(zhi)(zhi)之(zhi)間。耦合方法不正(zheng)確(que)，或輸入了(le)不正(zheng)確(que)的(de)(de)(de)數(shu)字值(zhi)(zhi)會導致(zhi)測(ce)(ce)量(liang)(liang)錯(cuo)(cuo)誤(wu)，所(suo)用(yong)校(xiao)準(zhun)試(shi)塊(kuai)的(de)(de)(de)厚(hou)(hou)(hou)度如果超出(chu)(chu)了(le)給定測(ce)(ce)厚(hou)(hou)(hou)儀、探頭和(he)設置的(de)(de)(de)有效測(ce)(ce)量(liang)(liang)范圍，也會導致(zhi)測(ce)(ce)量(liang)(liang)錯(cuo)(cuo)誤(wu)。如果厚(hou)(hou)(hou)度讀數(shu)不正(zheng)確(que)，而且(qie)誤(wu)差隨著厚(hou)(hou)(hou)度的(de)(de)(de)增加而增加，那么錯(cuo)(cuo)誤(wu)原因很可能(neng)(neng)出(chu)(chu)在(zai)聲速值(zhi)(zhi)上(shang)。如果在(zai)多個(ge)(ge)步(bu)驟中測(ce)(ce)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)厚(hou)(hou)(hou)度值(zhi)(zhi)出(chu)(chu)現固(gu)定的(de)(de)(de)誤(wu)差，則錯(cuo)(cuo)誤(wu)原因很可能(neng)(neng)出(chu)(chu)在(zai)零位校(xiao)準(zhun)上(shang)。如果出(chu)(chu)現上(shang)述任(ren)一種情況，都(dou)應(ying)該重新完成兩點校(xiao)準(zhun)過程(cheng)。

超聲測(ce)厚儀通過對(dui)回波進行非常精確的計時(shi)(shi)，獲(huo)得被測(ce)樣(yang)件(jian)的厚度讀數(shu)。為了(le)將這些時(shi)(shi)間(jian)測(ce)量(liang)值轉換為厚度測(ce)量(liang)值，必須要(yao)(yao)根據(ju)被測(ce)材料的聲速、儀器(qi)所要(yao)(yao)求的各種必要(yao)(yao)零位(wei)偏(pian)移值、探頭類型或回波形狀，對(dui)儀器(qi)進行預設(she)。這個過程通常被稱為測(ce)厚儀校準(zhun)。任(ren)何超聲測(ce)量(liang)的準(zhun)確度都取(qu)決于校準(zhun)時(shi)(shi)是否準(zhun)確、仔細。不正確的校準(zhun)會導(dao)致不準(zhun)確的厚度讀數(shu)。好在校準(zhun)過程通常比較簡(jian)單。

針(zhen)對(dui)各種材(cai)(cai)料(liao)和探(tan)頭進行的(de)許多不同的(de)校準(zhun)可(ke)被存(cun)儲在測厚儀中，并被快速調用。當被測材(cai)(cai)料(liao)或探(tan)頭改變(bian)時(shi)(shi)，或者被測材(cai)(cai)料(liao)的(de)溫度發生(sheng)顯(xian)著變(bian)化時(shi)(shi)，一定要記得重新(xin)進行校準(zhun)，或調用適當的(de)預設校準(zhun)。此外，我們建議使用厚度已知的(de)樣件進行定期核查，以(yi)驗證測厚儀是否運行正常，特別是在關鍵(jian)應用中。

下表列(lie)出了(le)可(ke)以使(shi)用超聲測(ce)(ce)(ce)厚儀(yi)測(ce)(ce)(ce)量(liang)的(de)(de)各種(zhong)常見材料(liao)的(de)(de)典型縱波超聲速度。請注意(yi)，這(zhe)只是一(yi)般(ban)性的(de)(de)指導。這(zhe)些材料(liao)的(de)(de)實(shi)際聲速可(ke)能會因各種(zhong)不同的(de)(de)原因而發生顯(xian)著的(de)(de)變(bian)化(hua)，如(ru)：特定的(de)(de)成分或(huo)(huo)微觀結構(gou)、晶粒或(huo)(huo)纖(xian)維(wei)取向、多孔性和(he)溫度等。對(dui)于(yu)鑄造金(jin)屬、玻璃纖(xian)維(wei)、塑料(liao)和(he)復合材料(liao)，更是如(ru)此。為了(le)完成準確度很高的(de)(de)厚度測(ce)(ce)(ce)量(liang)，具體被(bei)測(ce)(ce)(ce)材料(liao)的(de)(de)聲速應(ying)該始終通過在(zai)厚度已知的(de)(de)樣品上進(jin)行聲速校準的(de)(de)方法獲得。

常見材料的超聲聲速值