超聲檢測設備與器材課件

1、2021-10-11超聲檢測設備與器材課件第四章第四章 超聲檢測設備和器材超聲檢測設備和器材l超聲檢測設備和器材包括超聲波檢測儀、探頭、試塊、超聲檢測設備和器材包括超聲波檢測儀、探頭、試塊、 耦合劑和機械掃查裝置等。耦合劑和機械掃查裝置等。l儀器和探頭對超聲檢測系統的能力起關鍵性作用。了解其儀器和探頭對超聲檢測系統的能力起關鍵性作用。了解其原理、構造和作用及其主要性能，是正確選擇檢測設備與原理、構造和作用及其主要性能，是正確選擇檢測設備與并進行有效檢測的保證。并進行有效檢測的保證。l4.1 4.1 超聲檢測儀超聲檢測儀l是超聲檢測的主體設備，作用是產生電振蕩并施加于換能是超聲檢測的主體設備，作

2、用是產生電振蕩并施加于換能器上，激勵探頭反射超聲波，同時接收來自于探頭的電信器上，激勵探頭反射超聲波，同時接收來自于探頭的電信號，將其放大后以一定的方式顯示出來，從而得到被檢工號，將其放大后以一定的方式顯示出來，從而得到被檢工件中有關缺陷的信息。件中有關缺陷的信息。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件第四章第四章 超聲檢測設備和器材超聲檢測設備和器材l4.1.1 超聲檢測儀的分類：l1. 概述：按照其指示的參量可以分為三類 (1) 超聲的穿透能量l穿透式檢測儀：發(fā)射頻率不變（或在小范圍內周期性變化）的超聲連續(xù)波，根據透過工件的超聲波強度變化判斷工件中有無缺陷及缺陷大小。2021-10-1

3、1超聲檢測設備與器材課件第四章第四章 超聲檢測設備和器材超聲檢測設備和器材(2) 頻率可變的超聲連續(xù)波在工件中形成駐波的情況l調頻波探傷儀：儀器通過探頭向工件發(fā)射連續(xù)的頻率周期性變化的超聲波，根據發(fā)射波與反射波的差頻變化情況判斷工件中有無缺陷。l共振式測厚儀(3) 脈沖波的幅度和運行時間l脈沖波探傷儀：儀器通過探頭向工件周期性地發(fā)射一持續(xù)時間很短的電脈沖，激勵探頭發(fā)射脈沖超聲波，并接收從工件中反射回來的脈沖波信號，通過檢測信號的返回時間和幅度判斷是否存在缺陷及缺陷大小等情況。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.1.1 超聲檢測儀的分類超聲檢測儀的分類l按照接收信號：反射式、衍射式l按

4、照信號顯示方式：A型顯示、成像顯示l按照信號處理技術：模擬、數字l按照超聲波的通道數：單通道、雙通道、多通道l2. A型顯示、B型顯示和C型顯示2021-10-11超聲檢測設備與器材課件A型顯示型顯示lA型顯示是一種波形顯示，屏幕的橫坐標代表聲波的傳播時間（或距離），縱坐標代表反射波的聲壓幅度。 可以認為該方式顯示的是沿探頭發(fā)射聲束方向上一條線上的不同點的回波信息。圖為A型顯示原理圖，T表示發(fā)射脈沖，F表示來自缺陷的回波，B表示底面回波。 lA型顯示的缺點：難以判斷缺陷的幾何形狀，缺乏直觀性。lA型顯示具有檢波和非檢波兩種形式。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件A型顯示型顯示2021-

5、10-11超聲檢測設備與器材課件B型顯示型顯示lB型顯示顯示的是試件縱斷面的一個二維截面圖，屏幕縱坐標代表探頭在探測面上沿一直線移動掃查的位置坐標，橫坐標是聲傳播的時間（或距離）。該方式可以直觀地顯示出被探工件任一縱截面上缺陷的分布及缺陷的深度等信息。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件C型顯示型顯示lC型顯示顯示的是試件橫斷面的一個平面投影圖，探頭在試件表面做二維掃查，屏幕的二維坐標對應探頭的掃查位置。探頭在每一位置接收的信號幅度以光點輝度表示。該方式可形象地顯示工件內部缺陷的平面投影圖像，若以各點的亮度代表回波傳播時間，則也可得到缺陷深度分布。 2021-10-11超聲檢測設備與器材

6、課件4.1.2 模擬超聲波檢測儀模擬超聲波檢測儀l1. 儀器電路方框圖和工作原理l儀器電路方框圖：說明儀器的大概結構和工作原理。儀器電路方框圖：說明儀器的大概結構和工作原理。l主要組成部分：同步電路、掃描電路、發(fā)射電路、接收放大電路、顯主要組成部分：同步電路、掃描電路、發(fā)射電路、接收放大電路、顯示電路和電源電路等。示電路和電源電路等。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.1.2 模擬超聲波檢測儀模擬超聲波檢測儀l2. 儀器主要組成部分的作用 (1) (1) 同步電路（觸發(fā)電路）同步電路（觸發(fā)電路）l作用：產生數十數千赫茲作用：產生數十數千赫茲(Hz)(Hz)的同步脈沖，作為發(fā)射電路、掃

7、描電的同步脈沖，作為發(fā)射電路、掃描電路以及其他輔助電路的觸發(fā)脈沖，使各電路在時間上協調一致工作。路以及其他輔助電路的觸發(fā)脈沖，使各電路在時間上協調一致工作。l重復頻率：每秒鐘內發(fā)射同步脈沖的次數。重復頻率：每秒鐘內發(fā)射同步脈沖的次數。l重復頻率的選擇：視被檢工件厚度進行調節(jié)。厚度大，使用較低的重重復頻率的選擇：視被檢工件厚度進行調節(jié)。厚度大，使用較低的重復頻率；厚度小，可使用較高的重復頻率。復頻率；厚度小，可使用較高的重復頻率。l幻象波：高重復頻率使兩次脈沖間隔時間變短，使未充分衰減的多次幻象波：高重復頻率使兩次脈沖間隔時間變短，使未充分衰減的多次反射進入下一周期，形成的波形。反射進入下一周期

8、，形成的波形。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件2. 儀器主要組成部分的作用儀器主要組成部分的作用l(2) 掃描電路（時基電路）l作用：產生鋸齒波電壓，施加到示波管水平偏轉板上，使顯示管熒光屏上的光點沿水平方向從左向右作等速移動，產生一條水平掃描時基線。l時基線調節(jié)：l測量范圍（聲速）粗調和細調：改變屏幕上顯示的時間（距離）范圍的大小，實質是調節(jié)掃描速度（鋸齒波的斜率）。l延遲：調節(jié)屏幕上顯示的時間范圍的起點，即時基電路觸發(fā)的延遲時間。將同步信號延遲一段時間后觸發(fā)掃描電路，使掃描延遲一段時間開始。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件2. 儀器主要組成部分的作用儀器主要組成部分的作

9、用l掃描電路2021-10-11超聲檢測設備與器材課件2. 儀器主要組成部分的作用儀器主要組成部分的作用l(3) 發(fā)射電路l作用：電脈沖信號發(fā)生器，產生高壓電脈沖施加到壓電晶片上產生脈沖超聲波。l電路形式：l調諧式：電路諧振頻率由電路中的電感、電容決定，發(fā)出的超聲波脈沖頻帶較窄。諧振頻率調諧到與探頭的固有頻率相一致。l非調諧式：發(fā)射一短脈沖（尖脈沖或方波），脈沖頻帶較寬，可適應不同頻帶范圍的探頭。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件2. 儀器主要組成部分的作用儀器主要組成部分的作用l阻尼電阻R0：l 通過改變發(fā)射電路中的阻尼電阻，調節(jié)發(fā)射脈沖的電壓幅度和脈沖寬度。2021-10-11超聲

10、檢測設備與器材課件2. 儀器主要組成部分的作用儀器主要組成部分的作用l(4) 接收電路l將來自探頭的電信號進行放大、檢波后輸至顯示電路。接收電路性能影響檢測儀的垂直線性、動態(tài)范圍、探傷靈敏度、分辨率等技術指標。l組成：衰減器、高頻放大器、檢波器和視頻放大器等。l衰減器：對信號幅度定量調節(jié)，給出不同信號幅度差的精確讀數，用于不同信號幅度的比較；將超出顯示器幅度范圍的過大信號衰減到顯示器可顯示的幅度。l射頻放大電路：將衰減器輸出的射頻信號進行放大。l檢波電路：將探頭接收到的射頻信號轉換成視頻信號，以檢波的形式顯示。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件2. 儀器主要組成部分的作用儀器主要組成部

11、分的作用l全波檢波：將視頻信號正、負半周的信號均轉換成正電壓信號；l正檢波：將視頻信號正半周的信號均轉換成正電壓信號；l負檢波：將視頻信號負半周的信號均轉換成正電壓信號。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件2. 儀器主要組成部分的作用儀器主要組成部分的作用l抑制電路：用于將幅度較小的一部分信號截去，不在顯示屏上顯示。使用抑制時，儀器的垂直線性和動態(tài)范圍均會下降。l阻塞：使用單晶片探頭以脈沖反射法進行檢測時，發(fā)射脈沖在激勵探頭的同時也直接進入接收電路，形成始波。由于發(fā)射脈沖電壓很高，在短時間內放大器的放大量會降低，甚至沒有放大作用。l盲區(qū)：由于發(fā)射脈沖自身寬度和放大器的阻塞現象，在靠近始波

12、的一段時間范圍內，所要求發(fā)現的缺陷往往不能發(fā)現。這段時間所對應的入射面進入試件的深度距離，稱為盲區(qū)。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件2. 儀器主要組成部分的作用儀器主要組成部分的作用l(5) 顯示電路：由示波器和外圍電路組成。顯示檢測圖形。l(6) 電源電路：給檢測儀各部分電路提供適當的電能。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件3. 儀器主要開關旋鈕的作用及調整儀器主要開關旋鈕的作用及調整l發(fā)射部分l工作方式選擇：選擇檢測方式，即“雙探”和“單探”方式。l雙探：一發(fā)一收工作狀態(tài)； l單探：自發(fā)自收工作狀態(tài)。l發(fā)射強度 ：改變儀器發(fā)射脈沖功率（發(fā)射強度）。 l重復頻率 ：調節(jié)脈沖

13、重復頻率，改變發(fā)射電路每秒鐘發(fā)射脈沖的次數。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件3. 儀器主要開關旋鈕的作用及調整儀器主要開關旋鈕的作用及調整l接收部分 l衰減器(粗、細)：調節(jié)檢測靈敏度和測量回波幅度。 l增益(增益細調)：改變接收放大器的放大倍數，連續(xù)改變檢測儀的靈敏度。l抑制 ：抑制熒光屏上幅度較低的或認為不必要的雜亂反射波，使顯示的波形清晰。l頻率選擇 ：窄頻帶檢測儀具有，使發(fā)射電路與所用的探頭相匹配，并改變放大器的通頻帶。l顯示選擇開關：選擇射頻、全波檢波、正檢波和負檢波顯示方式；2021-10-11超聲檢測設備與器材課件3. 儀器主要開關旋鈕的作用及調整儀器主要開關旋鈕的作用

14、及調整l時基線部分 l深度范圍(粗調)：粗調掃描線所代表的探測范圍，可較大幅度改變時間掃描線的掃描速度，使熒光屏上回波間距大幅度壓縮或擴展。 l深度細調 ：精確調整探測范圍，可連續(xù)改變時間掃描線的掃描速度，使熒光屏上回波間距在一定范圍內連續(xù)變化。 l延遲、水平(零位)：調節(jié)開始脈沖時刻與開始掃描時刻之間的時間差。使掃描線上的回波位置大幅度左右移動，而不改變回波之間的間距。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件3. 儀器主要開關旋鈕的作用及調整儀器主要開關旋鈕的作用及調整l顯示部分 l輝度：調節(jié)波形的亮度；l聚焦：調節(jié)示波管中電子束的聚焦程度，使波形清晰；l垂直：上下移動時基線。2021-1

15、0-11超聲檢測設備與器材課件4.1.3 數字式超聲檢測儀數字式超聲檢測儀l計算機技術和超聲檢測儀技術相結合的產物。l數字式超聲檢測儀為發(fā)射、接收電路的參數控制和接收信號的處理、顯示均采用數字化方式的儀器。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.1.3 數字式超聲檢測儀數字式超聲檢測儀1. 1. 數字式超聲檢測儀與模擬式超聲檢測儀的異同數字式超聲檢測儀與模擬式超聲檢測儀的異同(1) (1) 基本組成基本組成發(fā)射電路、接收電路中的衰減器和高頻放大器與模擬式儀器相同。發(fā)射電路、接收電路中的衰減器和高頻放大器與模擬式儀器相同。信號放大到一定程度后，數字式儀器由模信號放大到一定程度后，數字式儀器

16、由模數轉換器變成數字信數轉換器變成數字信號，由微處理器進行處理后，在顯示器上顯示。號，由微處理器進行處理后，在顯示器上顯示。數字式儀器的顯示是二維點陣式，由微處理器通過程序來控制顯數字式儀器的顯示是二維點陣式，由微處理器通過程序來控制顯示器實現逐行逐點掃描；模擬式儀器是由單行掃描線經幅度調節(jié)示器實現逐行逐點掃描；模擬式儀器是由單行掃描線經幅度調節(jié)顯示波形。顯示波形。數字式儀器沒有同步電路，電路的同步控制由微處理器通過程序數字式儀器沒有同步電路，電路的同步控制由微處理器通過程序來協調。來協調。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.1.3 數字式超聲檢測儀數字式超聲檢測儀(2) 儀器的功能

17、儀器的功能數字式儀器可提供模擬式儀器具有的全部功能，但控制數字式儀器可提供模擬式儀器具有的全部功能，但控制方式是不同的。方式是不同的。數字式儀器通過人機對話，用按鍵或菜單的方式，將控數字式儀器通過人機對話，用按鍵或菜單的方式，將控制數據輸入給微處理器，由微處理器發(fā)出信號控制各電制數據輸入給微處理器，由微處理器發(fā)出信號控制各電路；模擬式儀器由操作者直接撥動開關對儀器的電路進路；模擬式儀器由操作者直接撥動開關對儀器的電路進行調整。行調整。數字式儀器的控制參數可以存貯和調用，方便檢測過程數字式儀器的控制參數可以存貯和調用，方便檢測過程的重復再現；可提供檢測波形記錄與存貯等附加功能。的重復再現；可提供

18、檢測波形記錄與存貯等附加功能。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.1.3 數字式超聲檢測儀數字式超聲檢測儀(3) 儀器的性能儀器的性能兩種儀器的最基本部分兩種儀器的最基本部分發(fā)射電路和接收電路相同，儀器發(fā)射電路和接收電路相同，儀器的靈敏度、分辨力、放大線性差別不大。的靈敏度、分辨力、放大線性差別不大。主要差別主要差別：數字式儀器中的模：數字式儀器中的模數轉換、信號處理和顯示部數轉換、信號處理和顯示部分。其性能決定顯示的信號是否失真，主要參數有模分。其性能決定顯示的信號是否失真，主要參數有模數轉數轉換器的模換器的模數轉換頻率、字長和存儲深度，以及顯示器的刷數轉換頻率、字長和存儲深度，以

19、及顯示器的刷新頻率。新頻率。模模數轉換數轉換（A/D轉換）：通過對連續(xù)變化的模擬信號進行轉換）：通過對連續(xù)變化的模擬信號進行高速度、等間隔的采樣，將其變換為一列大小變化的數字量高速度、等間隔的采樣，將其變換為一列大小變化的數字量的過程。采樣頻率決定了可采集的超聲波信號的最高頻率。的過程。采樣頻率決定了可采集的超聲波信號的最高頻率。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.1.3 數字式超聲檢測儀數字式超聲檢測儀l字長：決定幅度讀數的精度。l存儲深度（數據長度）與采樣頻率決定檢測范圍的大小。l顯示器的刷新頻率與超聲波重頻率相一致，以保證所有信得到顯示。2021-10-11超聲檢測設備與器材課

20、件4.1.3 數字式超聲檢測儀數字式超聲檢測儀l2. 數字式超聲檢測儀的優(yōu)勢與問題l優(yōu)勢：方便超聲信號的存儲、記錄、再現，改變了傳統超聲檢測缺乏永久記錄的缺點；l方便信號的分析和處理，可從接收的信號中得到更多的量化信息；l顯示器不需要示波管，使儀器小型化；l儀器參數的數字化控制使檢測參數可以存儲、檢測過程的重現。l問題：模數轉換器的采樣頻率、數據長度、顯示器的分辨率、刷新速度等帶來的信號失真，可能對檢測信號的評價帶來一定的影響。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.1.4 儀器的維修保養(yǎng)儀器的維修保養(yǎng)l見83頁2021-10-11超聲檢測設備與器材課件超聲波探傷儀超聲波探傷儀l探傷儀2

21、021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.1.5 超聲波測厚儀超聲波測厚儀1. 共振式測厚儀共振式測厚儀l超聲波（連續(xù)波）垂直入射到平板工件底面，全反射。當超聲波（連續(xù)波）垂直入射到平板工件底面，全反射。當工件厚度為工件厚度為=/2的整數倍時的整數倍時,反射波與入射波互相疊加反射波與入射波互相疊加,形形成駐波成駐波,產生共振產生共振.l工件厚度與波速、頻率的關系為工件厚度與波速、頻率的關系為:l當當n=1時時,f為工件的基頻。測得兩個相鄰的共振頻率后，為工件的基頻。測得兩個相鄰的共振頻率后，可由下式得到工件的厚度：可由下式得到工件的厚度：nfCnn222ncfn)(21nnffC2021-1

22、0-11超聲檢測設備與器材課件4.1.5 超聲波測厚儀超聲波測厚儀l 共振式測厚儀可測厚度下限小，最小可達0.1mm；測試精度較高?？蛇_0.1%。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.1.5 超聲波測厚儀超聲波測厚儀2. 脈沖反射式測厚儀脈沖反射式測厚儀l通過測量超聲波在工件上下底面之間往返一次傳播的時間來求得通過測量超聲波在工件上下底面之間往返一次傳播的時間來求得工件的厚度：工件的厚度： l測量往返時間測量往返時間t的兩種方法：的兩種方法：（1）測量發(fā)射脈沖）測量發(fā)射脈沖T與第一次底波與第一次底波B1之間的時間。之間的時間。 發(fā)射脈沖寬度大，盲區(qū)大，測量下限受限制，約發(fā)射脈沖寬度大，

23、盲區(qū)大，測量下限受限制，約1 1.5mm。（2）測量第一次底波）測量第一次底波B1與第二次底波與第二次底波B2之間的時間或任意兩次相鄰之間的時間或任意兩次相鄰底波之間的時間。底波脈沖寬度窄，盲區(qū)小，測量下限小。最小底波之間的時間。底波脈沖寬度窄，盲區(qū)小，測量下限小。最小可達可達0.25mm。ct212021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.1.5 超聲波測厚儀超聲波測厚儀2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.1.5 超聲波測厚儀超聲波測厚儀3. 蘭姆波測厚儀蘭姆波測厚儀l當超聲波頻率、入射角與工件厚度成一定關系當超聲波頻率、入射角與工件厚度成一定關系時，在薄板工件中產生蘭姆波。改變

24、探頭入射時，在薄板工件中產生蘭姆波。改變探頭入射角角度，使得出現蘭姆波，然后根據探頭的入角角度，使得出現蘭姆波，然后根據探頭的入射角和頻率來測定工件厚度。射角和頻率來測定工件厚度。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.1.5 超聲波測厚儀超聲波測厚儀4. 4. 測厚儀的調整和使用測厚儀的調整和使用l調整要點：調整要點：（1 1）測厚前，先校準儀器的下限和線性。測量下限用）測厚前，先校準儀器的下限和線性。測量下限用一塊厚度為下限的試塊來校準；線性用厚度不同的試一塊厚度為下限的試塊來校準；線性用厚度不同的試塊來校正。塊來校正。（2 2）選擇測厚方法。根據工件厚度和精度要求來選擇）選擇測厚方

25、法。根據工件厚度和精度要求來選擇探頭。探頭。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.2 探頭探頭l超聲換能器：將其他形式能量轉換成超音頻振動形式能量的器件可用來發(fā)射超聲波，具有可逆效應時又可用來接收超聲波。l探頭：以換能器為主要元件組裝成具有一定特性的超聲發(fā)射、接收器件。l 超聲波探頭是組成超聲檢測系統的最重要超聲波探頭是組成超聲檢測系統的最重要的組件之一。探頭的性能直接影響超聲檢測的的組件之一。探頭的性能直接影響超聲檢測的能力和效果。能力和效果。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.2 探頭探頭l超聲換能器種類超聲換能器種類：壓電換能器、磁致伸縮換能：壓電換能器、磁致伸縮換能器

26、、電磁聲換能器和激光換能器。器、電磁聲換能器和激光換能器。 常用的是壓電換能器，壓電晶片常用的是壓電換能器，壓電晶片探頭探頭的關鍵部件。的關鍵部件。 壓電晶片作用：壓電晶片作用：將電能轉換成聲能，并將將電能轉換成聲能，并將聲能轉換成電能。聲能轉換成電能。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.2.1 壓電效應和壓電材料壓電效應和壓電材料l正壓電效應（聲能正壓電效應（聲能電能）：電能）：某些晶體材料在交變拉壓應某些晶體材料在交變拉壓應力的作用下，產生交變電場的效應；力的作用下，產生交變電場的效應；l逆壓電效應（電能逆壓電效應（電能聲能）：聲能）：當晶體材料在交變電場作用當晶體材料在交變電場

27、作用下，產生伸縮變形的效應。下，產生伸縮變形的效應。l壓電效應壓電效應：正、逆壓電效應的統稱。壓電材料：具有壓電：正、逆壓電效應的統稱。壓電材料：具有壓電效應的單晶和多晶材料。多晶材料又稱壓電陶瓷。效應的單晶和多晶材料。多晶材料又稱壓電陶瓷。l壓電單晶體是壓電單晶體是各向異性各向異性的，其產生壓電效應的機理與其特的，其產生壓電效應的機理與其特定方向上的原子排列方式有關。定方向上的原子排列方式有關。l壓電多晶體是壓電多晶體是各向同性各向同性的。為了使整個晶片具有壓電效應，的。為了使整個晶片具有壓電效應，必須對陶瓷多晶體進行極化處理。必須對陶瓷多晶體進行極化處理。2021-10-11超聲檢測設備與

28、器材課件4.2.2 壓電材料的主要性能參數壓電材料的主要性能參數l1. 壓電應變常數 d33：在壓電晶體上施加單位電壓時產生的應變大小。l衡量壓電晶體材料發(fā)射靈敏度高低的重要參數。l2. 壓電電壓常數 g33：作用在壓電晶體上單位應力所產生的電壓梯度大小。l衡量壓電晶體材料接收靈敏度高低的重要參數。)/(d33VmUt)/(g33NmVpUp2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.2.2 壓電材料的主要性能參數壓電材料的主要性能參數l3. 介電常數：介質的介電性質。l =Ct/Al4. 機電耦合系數 K: 表示壓電材料機械能（聲能）與電能之間的轉換效率。l l 正壓電效應： 逆壓電效應：

29、 輸入的能量轉換的能量K輸入的機械能轉換的電能K輸入的電能轉換的機械能K2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.2.2 壓電材料的主要性能參數壓電材料的主要性能參數l5. 機械品質因子m：壓電晶片在諧振時儲存的機械能E儲與在一個周期內損耗的能量E損之比。 l6. 頻率常數 Nt：壓電晶片的厚度與固有頻率的乘積。l l駐波理論，壓電晶片在高頻電脈沖激勵下產生共振的條件。損儲EEm常數）(20LctfNt022fCtLL2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.2.2 壓電材料的主要性能參數壓電材料的主要性能參數l7. 居里溫度 TC：使壓電材料的壓電效應消失的溫度。l超聲波探頭對晶片的

30、要求：l機電耦合系數K較大，以便獲得較高的轉換效率。l機械品質因子m較小，以便獲得較高的分辨率和較小的盲區(qū)。l壓電應變常數d33和壓電電壓常數 g33較大，以便獲得較高的發(fā)射靈敏度和接收靈敏度。l頻率常數Nt較大，介電常數較小，以便獲得較高的頻率。l居里溫度TC較高，聲阻抗Z適當。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.2.3 探頭的結構探頭的結構l壓電換能器探頭由壓電晶片、阻尼塊、接頭、電纜線、保護膜和外殼組成。l斜探頭有一個使晶片與入射面成一定角度的斜楔塊。l1. 壓電晶片l 接收和發(fā)射超聲波，實現電聲換能。晶片性能決定探頭性能。l 晶片的尺寸和頻率決定發(fā)射聲場的強度、距離波幅特性和

31、指向性。晶片制作質量關系到探頭的聲場對稱型、分辨力、信噪比等特性。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.2.3 探頭的結構探頭的結構l2. 阻尼塊和吸聲材料l阻尼塊由環(huán)氧樹脂和鎢粉等按一定比例配成的阻尼材料，對壓電晶片的振動起阻尼作用：使脈沖寬度減小，提高分辨力；吸收晶片向背面發(fā)射的超聲波；對晶片起支承作用。l3. 保護膜l保護壓電晶片不致磨損和損壞。分硬、軟保護膜。l4. 斜楔l使超聲波傾斜入射到檢測面而裝在晶片前面的楔塊。l斜楔中的縱波波速須小于工件中的縱波波速。l5. 電纜線l6. 外殼2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.2.4 探頭的主要種類探頭的主要種類l種類：la

32、. 波型分類：縱波、橫波、表面波、板波探頭等。lb. 耦合方式分類：接觸式、液（水）浸式。lc. 波束分類：聚焦、非聚焦。ld. 晶片數分類：單晶、雙晶。l1. 接觸式縱波直探頭l發(fā)射垂直于探頭表面?zhèn)鞑サ目v波，直接接觸工件表面的方式入射縱波檢測。l主要用于檢測與檢測面平行或近似平行的缺陷（板材、鍛件）。l主要參數：頻率、晶片尺寸。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.2.4 探頭的主要種類探頭的主要種類l2. 接觸式斜探頭l共同特點：壓電晶片貼在一斜楔上，晶片于探頭表面成一定傾角。l縱波斜探頭（L） ：利用小角度的縱波進行缺陷檢測；利用縱波穿透能力強的特點進行縱波斜入射檢測。使用時應注

33、意工件中同時存在的橫波的干擾。l橫波斜探頭（L=） ：折射波為純橫波。結構為直探頭加斜楔。主要用于檢測與探測面成一定角度的缺陷。l表面波探頭（L） ：入射角在產生瑞利波的臨界角附近，通常比略大。結構與橫波斜探頭一樣。用于檢測表面和近表面缺陷。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.2.4 探頭的主要種類探頭的主要種類l蘭姆波探頭：角度根據板厚、頻率和所選的蘭姆波模式而定。用于檢測薄板中缺陷。l可變角探頭：入射角可變。入射角變化范圍為070。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.2.4 探頭的主要種類探頭的主要種類l3. 雙晶探頭（分割探頭）l分類：雙晶縱波探頭（L）、雙晶橫波探頭

34、（L=）。l結構：雙晶探頭有分別用于發(fā)射和接收的兩塊壓電晶片，中間夾有隔聲層。l優(yōu)點：靈敏度高、雜波少盲區(qū)小、工件中近場區(qū)長度小、探測范圍可調。主要用于檢測近表面缺陷和已知缺陷的定點測量。l主要參數：頻率、晶片尺寸和聲束匯聚區(qū)。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.2.4 探頭的主要種類探頭的主要種類2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.2.4 探頭的主要種類探頭的主要種類l4. 接觸式聚焦探頭l點聚焦聲透鏡為球面，理想焦點為一點；l線聚焦聲透鏡為柱面，理想焦點為一條線。l接觸聚焦：通過薄層耦合介質與工件接觸。l接觸聚焦方式：透鏡式聚焦、反射式聚焦和曲面晶片式聚焦。l主要參數：

35、頻率、晶片尺寸和焦距。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.2.4 探頭的主要種類探頭的主要種類l5. 水浸平探頭和水浸聚焦探頭l水浸法：以水為耦合介質，探頭不與工件直接接觸。l水浸平探頭：在水中使用的縱波平探頭。當改變探頭傾角使聲束從水中傾斜入射至工件表面，可通過折射在工件中產生純橫波。l水浸聚焦探頭：在水浸平探頭前加上聲透鏡產生聚焦聲束。l焦距F與聲透鏡的曲率半徑r之間的關系：1211nnrccrcF2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.2.4 探頭的主要種類探頭的主要種類ln透鏡與耦合介質波速比，n=C1/C2。l對于有機玻璃和水： F = 2.2rl聚焦探頭檢測工件時，

36、實際F會變小：lF = FL（C3/C21）lL工件中焦點至工件表面的距離；lC2耦合劑中波速；lC3 工件中波速。l水層厚度：H = FLC3/C2 2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.2.4 探頭的主要種類探頭的主要種類6. 高溫探頭l電磁超聲探頭8. 爬波探頭l爬波：表面下的縱波。當縱波以第一臨界角附近的角度入射到界面時，會在第二介質中產生表面下縱波，即爬波。l爬波探頭：結構與橫波探頭類似，入射角不同。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.2.5 探頭型號探頭型號l組成項目組成項目： 基本頻率基本頻率 晶片材料晶片材料 晶片尺寸晶片尺寸 探頭探頭種類種類 特征特征202

37、1-10-11超聲檢測設備與器材課件探頭表示方法探頭表示方法基本頻率基本頻率晶片材料晶片材料晶片尺寸晶片尺寸探頭種類探頭種類特征特征2.5 20 直探頭直探頭園晶片直徑園晶片直徑20鈦酸鋇陶瓷鈦酸鋇陶瓷頻率頻率2.5MHz 5 P 66 3表示折射角表示折射角矩形晶片矩形晶片66鈦酸鉛陶瓷鈦酸鉛陶瓷頻率頻率5MHz值為值為32021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.2 探頭探頭根據波型，探頭可分為有縱波探頭、橫波探頭、表面波探頭、根據波型，探頭可分為有縱波探頭、橫波探頭、表面波探頭、板波探頭等。根據波束可以分為聚焦探頭與非聚焦探頭。根據板波探頭等。根據波束可以分為聚焦探頭與非聚焦探頭。根據

38、晶片數可分為單晶片、雙晶片。常用的主要是直探頭與斜探頭晶片數可分為單晶片、雙晶片。常用的主要是直探頭與斜探頭2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.3 耦合劑耦合劑l4.3.1 4.3.1 耦合劑的作用耦合劑的作用l超聲耦合：超聲波在檢測面上的聲強透過率。超聲耦合：超聲波在檢測面上的聲強透過率。l耦合劑：為了改善探頭和工件間聲能的傳遞，耦合劑：為了改善探頭和工件間聲能的傳遞，加在探頭和檢測面之間的液體薄層。加在探頭和檢測面之間的液體薄層。l耦合劑作用：排除探頭與工件表面之間的空氣，耦合劑作用：排除探頭與工件表面之間的空氣，使超聲波有效的傳入工件，達到檢測目的。使超聲波有效的傳入工件，達到

39、檢測目的。l4.3.2 4.3.2 常用耦合劑常用耦合劑l常用耦合劑：水、甘油、機油、變壓器油、化常用耦合劑：水、甘油、機油、變壓器油、化學糨糊。學糨糊。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.4 試塊試塊l按一定用途設計制作的具有簡單幾何形狀人工反射體或模擬缺陷按一定用途設計制作的具有簡單幾何形狀人工反射體或模擬缺陷的試樣。的試樣。l4.4.1 4.4.1 試塊的分類和作用試塊的分類和作用l1. 1. 試塊的分類試塊的分類l（1 1）標準試塊：由權威機構制定的試塊，其特性與制作要求有專）標準試塊：由權威機構制定的試塊，其特性與制作要求有專門的標準規(guī)定。通常具有規(guī)定的材質、形狀、尺寸及表

40、面狀態(tài)。門的標準規(guī)定。通常具有規(guī)定的材質、形狀、尺寸及表面狀態(tài)。l 用途：用于儀器探頭系統性能測試校準和檢測校準。用途：用于儀器探頭系統性能測試校準和檢測校準。l（2 2）對比試塊：以特定方法檢測特定工件時采用的試塊，含有意）對比試塊：以特定方法檢測特定工件時采用的試塊，含有意義明確的人工反射體。它與被檢工件材料聲學特性相似，其外形義明確的人工反射體。它與被檢工件材料聲學特性相似，其外形尺寸應能代表被檢工件的特征，試塊厚度應與被檢工件的厚度相尺寸應能代表被檢工件的特征，試塊厚度應與被檢工件的厚度相對應。對應。l用途：檢測校準以及評估缺陷的當量尺寸。用途：檢測校準以及評估缺陷的當量尺寸。2021

41、-10-11超聲檢測設備與器材課件4.4 試塊試塊（3 3）模擬試塊：含模擬缺陷的試塊。是模擬工件中實際缺）模擬試塊：含模擬缺陷的試塊。是模擬工件中實際缺陷而制作的樣件，或在以往檢測中發(fā)現含自然缺陷的樣件。陷而制作的樣件，或在以往檢測中發(fā)現含自然缺陷的樣件。 用途：檢測方法研究、評價和驗證儀器探頭系統檢測能力用途：檢測方法研究、評價和驗證儀器探頭系統檢測能力和檢測工藝。和檢測工藝。2. 2. 人工反射體：人工反射體： 試塊中的人工反射體應按其使用目的選試塊中的人工反射體應按其使用目的選擇，應盡可能與需檢測的缺陷特征接近，擇，應盡可能與需檢測的缺陷特征接近，（1 1）橫通孔和長橫孔：具有軸對稱特

42、點，反射波幅比較穩(wěn)）橫通孔和長橫孔：具有軸對稱特點，反射波幅比較穩(wěn)定，有線性缺陷特征。適用于各種定，有線性缺陷特征。適用于各種K K值探頭。通常用于對值探頭。通常用于對接焊接接頭等檢測。接焊接接頭等檢測。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.4 試塊試塊l（2）短橫孔：在近場區(qū)表現為線狀反射體特征，在遠場區(qū)表現為點狀反射體特征。適用于各種K值探頭。通常用于對接焊接接頭等檢測。l（3）平底孔：具有點狀面積型反射體的特點，主要用于鍛件、鋼板、對接焊接接頭等檢測。l（4）V形槽和其他切割槽：具有表面開口的線性缺陷的特點，適用于鋼管等工件橫波檢測。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.

43、4.2 標準試塊標準試塊l1. 標準試塊的基本要求： 材質、加工、聲學性能。試塊的平行度、垂直度、粗糙度和尺寸精度。l2. 常用標準試塊l（1）IIW試塊、IIW2試塊 國際標準試塊2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.4.2 標準試塊標準試塊2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.4.2 標準試塊標準試塊（2）1號校準試塊（號校準試塊（GB/T 19799.1-2005）、）、 CSK-1B試塊（試塊（GB11345） 國家標準試塊國家標準試塊（3）CSK-1A、CSK-A 、CSK-A和和CSK-A試塊試塊 專業(yè)（行業(yè)）標準試塊專業(yè)（行業(yè)）標準試塊2021-10-11超聲檢測

44、設備與器材課件4.4.2 標準試塊標準試塊2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.4.3 對比試塊對比試塊l1. 對比試塊的基本要求l（1）材料的透聲性、聲速、聲衰減等應盡可能與被檢工件相同或相近；l（2）外形應盡可能簡單，并能代表被檢工件的特征，厚度與被檢工件的厚度相對應，粗糙度與被檢工件相同或相近。l（3）缺陷采用人工反射體制作。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.4.3 對比試塊對比試塊l2. 常用對比試塊l（1）JB/T 4730.3-2005標準中規(guī)定的對比試塊：la. 鋼板橫波檢測對比試塊； lb. 鍛件橫波檢測對比試塊； lc. 無縫鋼管橫波檢測用對比試塊：縱向人

45、工缺陷試塊、橫向人工缺陷試塊; ld. 聲能傳輸損耗超聲檢測對比試塊； le. T形焊接接頭超聲檢測對比試塊； lf. 鋁焊接接頭超聲檢測對比試塊； lg. 鋼制壓力管道和管子焊接接頭超聲檢測對比試塊；lh. 鋁及鋁合金壓力管道和管子焊接接頭超聲檢測對比試塊； li. 鈦焊接接頭超聲檢測對比試塊； lj. T1、T2、T3型堆焊層超聲檢測對比試塊； lk. 奧氏體不銹鋼對接接頭對比試塊。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.4.3 對比試塊對比試塊l（2）半圓試塊2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.4.3 對比試塊對比試塊（3）無縫鋼管對比試塊）無縫鋼管對比試塊2021-10

46、-11超聲檢測設備與器材課件4.4.3 對比試塊對比試塊l（4）RB-1、2、3試塊 l (GB11345)2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.4.4 模擬試塊模擬試塊l模擬試塊的基本要求l（1）材料應盡可能與被檢工件相同或相近；l（2）外形尺寸盡可能被檢工件一致，表面狀態(tài)與被檢工件相同或相近。l（3）采用模擬缺陷制作，模擬工件中實際缺陷而制作的樣件，或在以往檢測中發(fā)現含自然缺陷的樣件。2021-10-11超聲檢測設備與器材課件l試塊2021-10-11超聲檢測設備與器材課件4.5 儀器和探頭的性能及其測試儀器和探頭的性能及其測試l儀器和探頭的性能包括：儀器的性能、探頭的性能、儀器和探頭的綜合性能。4.5.1 超聲檢測儀、探頭的主要性能及其組合性能超聲檢測儀的主要性能 脈沖發(fā)射部分 接收部