超聲波脈沖回波技術廣泛應用于材料固態相變中磁性轉變行為的研究[2,3]。通常基于超聲波脈沖幅度的變化測定材料的聲衰減系數和彈性常數。以往僅在幾個頻率下進行相關測量的研究效果不佳。Paulo 等人采用寬頻探頭和數字頻譜分析技術對寬頻范圍內磁性相轉變行為進行了連續測定。測試對象為單晶Cr-0.18at%Re合金，該合金在318K會發生由順磁性( Paramagnetic，PM)到反鐵磁性( Antiferromagnetic ,AFM)的磁相變。與純鉻類似，超聲波脈沖會引發AFM相的自旋密度波和彈性應變的不穩定，進而導致超聲波的衰減和粘滯性吸收。

實驗使用寬頻 IAP 50.2.1型傳感器，水浸方法，試樣規格為10mmx12mmx6mm的Cr-0.18at%Re單晶。譜分析的超聲波數據長度為1024點，采樣頻率為1GHz。水浴溫度以0. 5K/min的速率從315K升溫到324K。

由寬頻傳感器獲得的典型時域脈沖波形如圖11-1a所示，其頻域波形如圖

11-1b所示，圖中實線為入射波形及其頻譜，虛線為底面反射波形及其頻譜。由圖可見，脈沖波在傳播過程中，20~40MHz區間的聲波與介質的交互作用較強烈；大于40MHz時，系統的響應受限于接收器的帶寬，以及表面回波和底面回波部分重疊造成的影響。聲波傳播過程中存在聲波衍射問題，由圖11-1b可以看出，在低頻可能產生的衍射行為太弱，可以忽略不計。但對于波形發生重疊的回波，聲波衍射造成的影響則不可輕易忽略。在本研究中，準確捕獲衍射信息并非易事，由于采用了聚焦探頭，故而波形重疊的回波分析技術則顯得尤為重要。

圖11-2為不同溫度區間條件下，對應PM、AFM和過渡組織等不同組織狀態回波信號的幅-頻曲線。每個組織狀態同時給出了三條曲線，以示檢測結果的可重復性。PM相的頻譜和表面回波(見圖11-1)的頻譜大致相似，但是大于20MHz后第二個峰值下降明顯；AFM相對應的頻譜大體保留了表面回波頻譜的特征，整條譜線所有頻率對應的幅值都下降了，表明PM和AFM兩相中脈沖超聲波的衰減并不強烈地依賴于頻率。對于過渡狀態的組織來說，聲波與介質的交互作用最為強烈，以致于頻率高于20MHz后聲波幾乎全部被吸收。將超聲波回波頻譜作為溫度的函數，并將接收的脈沖幅值作為頻率和溫度的函數進行繪圖，結果如圖11-3所示。可以看到，在較高頻段、318K附近的幅值明顯下降。

圖11-4為超聲波回波頻譜中相應頻率的面積與溫度的關系曲線，它從另一個側面表征了PM-AFM相轉變過程的相變行為。該特征表示法與單頻超聲波檢測法以及其他檢測技術相比更具特色，由圖可見，相轉變只發生在很短的溫度區間。

 借助于相位譜處理技術得到的超聲波回波頻散曲線如圖11-5所示。觀察發現，在5 ~ 40MHz的區間內，速度幾乎與頻率無關，相速度僅在有限的頻率范圍內與頻率相關(見圖11-5, 10MHz時速度設置為0m/s)。可以看到，每個分圖都與個磁性相或組織相對應，即它們分別對應于不同的溫度區間，但都具有良好的重復性。

目前還沒有建立鉻合金中PM-AFM相轉變超聲波衰減的物理機制。與單頻檢測技術相比，超聲波頻譜分析技術有很多優點。寬頻探頭頻譜分析只需一次測量就可以獲得連續頻率區域的信息。而單頻探頭則需多次測量才能獲得，且單頻技術局限于探頭的奇次諧振且需重新耦合，這就帶來了數據的分散性并難以用于相互對比。

PM相中的超聲波衰減要小于AFM相，這與文獻[6]用單頻多次測量的結果相符，與頻率幾乎沒有關系。在AFM相中較大的超聲波衰減應該是由于磁疇所導致的結果。造成聲能損失的原因不應簡單地用穩態磁疇與脈沖聲波間的相互作用來解釋，實質上應以自旋密度波和振蕩彈性應力的磁彈性耦合來解釋。Fawcett對此已給出了詳盡論述，本文不再贅述。

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