研究表明，超聲波的傳播速度和衰減與傳聲介質的粘彈性系數密切相關，因此超聲波技術被廣泛用于材料表征。通常，在檢測過程中，該技術要求換能器與材料之間必須保持穩(wěn)定的耦合狀態(tài)，因而人們專門設計了在相應耦合液中的液浸檢測技術以保證耦合狀態(tài)的穩(wěn)定性。不過在有些情況下，這種方法也不能使用，例如對于聚合物固化過程的檢測，以及高衰減(如復合材料)和厚度較大材料的檢測等。

N. Saint-Pierre推導出了一個薄壓電圓片電阻的頻率演變的一維模型， 以壓電圓片的電阻取決于環(huán)繞在其周圍介質聲學性能為工作原理創(chuàng)建超聲波評價模型。將壓電元件夾在兩塊厚度有限且互相平行的頻散聚合物板之間，采用電阻測量技術對壓電元件的電阻進行了測量，并將實驗結果與理論計算結果相比較，驗證了超聲波評價模型的正確性。依靠這個模型，通過測量植入傳感器的電阻，反過來能夠確定傳感器周圍介質的聲學性能。這是通過一種非線性優(yōu)化數值方法達到的。該方法適用于表征薄和/或衰減小的材料。這種新技術特別適合于對聚合物從固化到老化第一階段的整個全壽命周期的表征[11]。相應的結果與由超聲波頻譜所得到的結果基本相符。

使用了兩種不同材料，兩者的聲學性能具有較大差異。一種是PMMA(多甲基丙烯酸酯)，屬于非晶態(tài)聚合物，是一種均質材料，其粘滯性引發(fā)超聲波產生的衰減較弱，且波速與頻率無關；另一種為PA(聚酰胺)和PP(聚丙烯)，屬于半晶體( semi-crystalline)聚合物，對于這類材料而言，超聲波衰減很強，且主要屬于散射衰減，其聲學性能是頻散的。

研究所用的樣品，是將一個厚度1mm、直徑10mm的PZT壓電元件植入上述的PMMA和PA板之間，壓電元件的兩個表面分別與上述PMMA和PA板相粘接。在實驗室采用脈沖激勵法可以確定壓電元件的壓電和介電參數的軸向分量。借助于經典的透射技術，在夾持PZT的樣品上，測量不同厚度的夾持材料的聲速與衰減。設PZT是非頻散的，則其聲速在測量頻率范圍(1.5~3MHz)內可視為常數，而其衰減則由表9-2給出。為了計算樣品的電阻 ，則應知道薄陶瓷圓片和環(huán)繞介質的聲學參數，而聲學參數的頻率依賴關系可以由經典的超聲波脈沖頻譜法測得。本研究所用的壓電陶瓷片很薄，與直徑相比厚度可以忽略不計。因此，其徑向和厚度方向的振動模式會發(fā)生在不同的頻率范圍，且模式之間可以認為是相互獨立的。略去復雜的建模及分析過程，此處只介紹有關研究結果。

在1.5~3MHz的頻率范圍內，通過實驗數據計算得到的超聲波傳播速度和衰減結果如圖9-25所示?？梢钥闯?，衰減隨頻率增加呈指數規(guī)律變化，而速度則與頻率呈準線性分布。表9-3列出了由實驗數據所得到的PMMA和PP材料的聲速和衰減的擬合結果。