超聲波頻譜分析方法可以用于評價呈現周期性的表面特性。盡管從理論分析角度測量周期性和測量表面粗糙度完全不同，但兩者在實驗測量方法上卻完全一樣。對于超聲波而言，周期性表面的作用相當于衍射柵。設超聲波波長為 ，為超聲波入射角，則在滿足下式時出現背散射超聲波的強度峰:

 

式中，m為衍射階數:d₁為衍射柵間距常數。在以下頻率處可以觀察到回波頻譜的衍射線:

 

式中，c為超聲波探頭與被檢測表面之間耦合液的超聲波聲速。

圖8-8為在不同周期性表面獲得的衍射峰值處頻率對sin 倒數的曲線圖，據此可以根據超聲波測量數據求出衍射柵間距d₁。對于一定的衍射階數m，衍射峰對應頻率與入射角正弦值倒數形成散布在一條直線附近的數據點，該直線的斜率為mc/2d₁，根據每一個衍射階或根據測試的全部模式便可以確定d₁值。

利用干涉原理可以解釋從周期性粗糙表面獲得的背散射信號的頻譜峰。這些峰值是由于周期性表面不同部位產生的稍有延遲的散射回波之間相互干涉造成的。如3.7節所述，兩個回波信號的頻譜可以看做是一個信號頻譜的調制形式。與此相同，由表面等間距散射體產生的若干回波信號同時對頻譜進行調制，便可以觀察到上述現象。

調制頻率只同超聲回波之間的時間間隔有關，且調制頻譜的極大值和極小值頻率與兩個信號頻譜的極大值、極小值頻率相同，但峰谷值更陡直。實際測試過程中應使用較寬的時間閘門，以將表面全部回波都包含在內，也就是把全部信號當作一個信號進行分析，從而可以使頻譜峰谷陡直的極大值特征顯現出來。

當衍射聲柵不理想，以及表面的散射體并非完全等間距分布時，被測表面產生的大量信號將導致調制頻譜的譜峰間距不等。由于每對散射體都會產生特征調制，所以得到的頻譜可能相當復雜。為此可以先用空間均值法進行評價，以便在整個隨機變化的頻譜中增強具有統計意義的頻譜特性。如果無法清楚地辨認出衍射峰，可以借助倒頻譜(Cepstrum)分析方法將表面的周期性變化從噪聲數據中尋找出來。

研究表明：由機加工紋理產生的不完全非連續衍射聲柵散射具有相當復雜的頻譜，但利用背散射超聲測量方法能夠精確地計算出衍射聲柵間距。有人還對方眼網和兩維雕刻表面的周期性檢測作過研究，發現用超聲方法測得的粗糙表面周期性同實物相當吻合。

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