實驗六超聲波探傷儀的使用及性能測試

1、超聲波探傷儀的使用和性能測試實驗?zāi)康?、了解超聲波探傷儀的工作原理。2、掌握超聲波探傷儀的使用方法。3、掌握儀器主要性能如水平線性、垂直線性、動態(tài)范圍、分辨力、靈敏度余量等的測試方法。實驗原理目前在實際探傷中，廣泛應(yīng)用的是A型脈沖反射式超聲波探傷儀。這種儀器熒光屏橫坐標表示超聲波在工作中的傳播時間（或傳播距離），縱坐標表示反射回波波高。根據(jù)熒光屏上缺陷波的位置和高度可以判定缺陷的位置和大小。A型脈沖反射式超聲波探傷儀由同步電路、發(fā)射電路、接受放大電路、掃描電路（又稱時基電路），顯示電路和電源電路等部分組成。其工作原理如圖1所示。電路接通以后,圖1 A型脈沖反射式超聲波探傷儀的電路方型圖同步電路

2、產(chǎn)生脈沖信號， 同時觸發(fā)發(fā)射電路、 掃描電路。發(fā)射電路被觸發(fā)以后高頻脈沖作用于探頭，通過探頭的逆電壓效應(yīng)將信號轉(zhuǎn)換為聲信號,發(fā)射超聲波。超聲波在傳播過程中遇到異質(zhì)界面（缺陷或底面）反射回來被探頭接受。 通過探頭的正壓電效應(yīng)將聲信號轉(zhuǎn)換為電信號送至放大電路被放大檢波，然后加到熒光屏垂直偏轉(zhuǎn)板上， 形成重疊的缺陷波F和底波D。掃描電路被觸發(fā)以后產(chǎn)生鋸齒波，加到熒光屏水平偏轉(zhuǎn)板上，形成一條掃描亮線，將缺陷波 F和底波D按時間展開。A 型脈沖反射式探傷儀型號各異，但主要旋鈕和調(diào)節(jié)方法基本相同。1、掃描基線的顯示與調(diào)節(jié)1 分鐘后，熒光電源開關(guān)】置“開”時，儀器電源接通，面板上電壓指示紅區(qū)，約屏上顯示掃描

3、基線。輝度】調(diào)節(jié)掃描基線的明亮程度。聚焦】與【輔助聚焦】調(diào)節(jié)掃描基線的清晰程度。垂直】調(diào)節(jié)掃描基線在垂直方向的位置。水平】調(diào)節(jié)掃描基線在水平的位置。般不用調(diào)。2、工作方式的選擇單探頭一只探頭兼作發(fā)射和接收。雙探頭一只探頭發(fā)射，另一只探頭接收。3、探測范圍的調(diào)節(jié)粗調(diào)】或【深度范圍】根據(jù)工件厚度粗調(diào)探測范圍。微調(diào)】微調(diào)探測范圍，微調(diào)與【脈沖移位】(CTS-32 )配合使用，可按一定比例調(diào)節(jié)掃描基線。 CTS-32 最大探測范圍為 5000mm.4、工作頻率的選擇頻率選擇】調(diào)節(jié)超聲波探測頻率，即探頭晶片振動頻率。頻率選擇一般視材料的衰減和發(fā)現(xiàn)的最小缺陷而定。當(dāng)材料衰減小， 要求發(fā)現(xiàn)的缺陷小時，宜選用

4、較高頻率；反之可選用較低的頻率。頻率選定以后，注意使儀器與探頭頻率一致，否則靈敏度會降低。CTS-32 采用寬頻帶放大器，儀器的工作頻率取決于探頭的實際工作頻率。5、重復(fù)頻率的選擇重復(fù)頻率 】調(diào)節(jié)儀器同步脈沖的頻率，重復(fù)頻率是儀器每秒鐘內(nèi)產(chǎn)生脈沖的次數(shù)。重復(fù)頻率高，單位時間內(nèi)掃描次數(shù)多，熒光屏圖象亮度高，便于觀察。但這時每次發(fā)射 脈沖的強度減弱了， 因此儀器的靈敏度有所下降。 重復(fù)頻率過高， 往往在缺陷回波出現(xiàn)之前， 第二次同步信號就開始掃描，從而熒光屏上出現(xiàn)幻影，干擾正常探傷，造成漏檢。CTS-32【重復(fù)頻率 】與【深度范圍】同軸，一般不會出現(xiàn)幻影。6、儀器靈敏度的調(diào)節(jié)儀器靈敏度是指儀器輸出

5、功率的大小， 輸出功率大，靈敏度高， 反之靈敏度低。 儀器靈敏度可以通過【增益】 、【衰減器】 、【抑制】、【發(fā)射強度】等旋鈕來調(diào)節(jié)。增益】通過調(diào)節(jié)接收放大器的放大倍數(shù)來調(diào)節(jié)熒光屏上的波高使之準確達到規(guī)定高。增益大，靈敏度高。衰減器】 定量地調(diào)節(jié)熒光屏上的波高， 常用于比較某回波高與基準波高的相對高度，單位為 dB 。衰減器分粗調(diào)與細調(diào)，均為步進式調(diào)節(jié)。，將使不得使用抑制】限制檢波后信號的輸出幅度。抑制雜波，提高信噪比。使用【抑制】儀器的垂直線性變壞， 動態(tài)范圍變小。 因此當(dāng)使用熒光屏面板對缺陷定量時，抑制）。抑制增加，靈敏度降低。發(fā)射強度】調(diào)節(jié)發(fā)射脈沖的輸出的功率。發(fā)射強度強，靈敏度高。 但

6、這時脈沖寬度增大，分辨力降低。7、掃描選擇同步】同步電路同時觸發(fā)掃描電路和發(fā)射電路，熒光屏上完整地顯示始波陷波 F 和底波 B。延遲】掃描延遲于發(fā)射脈沖一段時間，使始脈沖之后一定范圍不顯示回波，而把后面更遠聲程的回波顯示出來，可用于較深缺陷展寬分析。8、深度補償深度補償】是用改變放大量的方法來補償超聲波在介質(zhì)中的衰減，使位于不同深度的相同反射體得到同樣高度的回波。 使用【深度補償】 后將破壞反射體距離波幅曲線的正常變化規(guī)律，實際探傷一般不用。當(dāng)工件衰減很大時才用。儀器的主要性能儀器性能僅與儀器有關(guān)。儀器主要性能有水平線性、垂直線性和動態(tài)范圍。1、水平線性儀器熒光屏上時基線水平刻度值與實際聲程成

7、正比的程度，稱為儀器的水平線性或時基線性。水平線性主要取決于掃描鋸齒波的線性。儀器水平線性的好壞直接影響測距精度，進而影響缺陷定位。2、垂直線性儀器熒光屏上的波高與輸入信號幅度成正比的程度稱為垂直線性或放大線性。垂直線性主要取決于放大器的性能。垂直線性的好壞影響應(yīng)用面板曲線對缺陷定量的精度。3、動態(tài)范圍儀器的動態(tài)范圍是指反射信號從垂直極限衰減到消失時所需的衰減量，也就是儀器熒光屏容納信號的能力。影響動態(tài)范圍的主要因素的儀器的線性范圍和熒光屏的大小。儀器與探頭的主要綜合性能儀器與探頭的主要綜合性能不僅與儀器有關(guān)，而且與探頭有關(guān)。主要綜合性能有盲區(qū)、分辨力、靈敏度余量等。1、盲區(qū)從探測面到能發(fā)現(xiàn)缺

8、陷的最小距離，稱為盲區(qū)。盲區(qū)內(nèi)缺陷一概不能發(fā)現(xiàn)。盲區(qū)與放大器的阻塞時間和始脈沖寬度有關(guān)，阻塞時間長，始脈沖寬，盲區(qū)大。2、分辨力在熒光屏上區(qū)分距離不同的相鄰兩缺陷的能力稱為分辨力。能區(qū)分的兩缺陷的距離愈，分辨力高。小，分辨力就愈高。分辨力與脈沖寬度有關(guān)，脈沖寬度小,3、靈敏度余量靈敏度余量是指儀器與探頭組合后，在一定的探測范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)微小缺陷的能力。具體dB數(shù)。保留的dB指從一個規(guī)定測距孔徑的人工試塊上獲得規(guī)定波高時儀器所保留的數(shù)愈高，說明綜合靈敏度愈高。三、實驗儀器設(shè)備1.、儀器:CTS-32。2.、探頭:2.5MHz 420 或 2.5 MHz *14 的直探頭）。3.、試塊:CSK-IA、

9、200/1平底孔試塊等。4. 、耦合劑：機油。四、實驗要求1、要求學(xué)生加強理解超聲探傷的基本原理，了解探傷儀的功能和熟悉探傷儀的操作;2、要求學(xué)生能獨立操作每一個實驗步驟，了解和掌握其相關(guān)的原理，培養(yǎng)學(xué)生熟練的 試驗操作。五、實驗內(nèi)容1、水平線性的測試調(diào)有關(guān)旋鈕時基線清晰明亮，并與水平刻度線重合。將探頭通過耦合劑置于 CSK-IA或IIW試塊上，如圖2的A處。調(diào)【微調(diào)】、【水平】或【脈沖移位】等按鈕，使熒光屏上出現(xiàn)五次底波Bi-B5，且使Bi,B5前沿分別對準水平刻度值20和100,如圖3。觀察記錄B2、B3、B4與水平刻度值40, 60，80的偏差值32 ,33 ,34Ct max1 0.8

10、bX100%計算水平線性誤差:式中m ax a 1、 Ct2、3中最大者，b熒光屏水平滿刻度值。B10Oa圖2水平、垂直線性測試FIiT i1j B1 1 亠b04Ii0 J亠L(fēng) J !iI1:3q ii:1 - :i1I旦2_一i:.一 .一!1Ii:IJii5nHI 丫1I1:L1 號L1“1:Si'IE!I1!33 r1«01=：-."1方111iJ1: ua1L 三！_11:1 lIHl1i: 11 1 kUBBI 1 i1 :1 ii 5!:i1 亠 1>13.1 J 4 ":2i ABIB J鼻 ah «1亠11h1864221

11、0a1a2a30圖3水平線性測試波形02、垂直線性的測試【抑制】至“ 0” ,【衰減器】保留30dB衰減余量。探頭通過耦合劑置于 CSK-IA，如圖2是B處。調(diào)【增益】使底波達熒光屏滿幅度100%，但不飽和，作為 0dB。固定【增益】，調(diào)【衰減器】，每次衰減2dB，并記下相應(yīng)回波高度打，填入表 1表中:相對波高= 衰減去idb波咼Hi X 100%衰減Odb波咼H0<H 、理想相對波高旦H丿 【抑制】至“ 0”，【衰減器】保留30dB。探頭置于圖2的A處，調(diào)【增益】使底波達熒光屏滿幅度80%。(3)固定【增益】，記錄這時衰減余量N1，調(diào)【衰減器】使底波降1mm,記下這時的衰4 1H，、%

12、=10"00%120 詐j 丿計算垂直線性誤差 D=(21 +d2D%d1 實測值與理想值的最大正偏差;d2 實測值與理想值的最大負偏差;3. 動態(tài)范圍的測試減余量N2。 計算動態(tài)范圍：=N2-N1 (db)4. 分辨率的測定 (1)【抑制】至“ 0”，其它旋鈕位置適當(dāng)。(2)探頭置于圖4所示的CSK-IA的III處，前后左右移動探頭，使熒光屏出現(xiàn)聲程為 85, 91，100的三個反射波。(3)當(dāng)A,B,C不能分開時，如圖 5(a)，則分辨率為F1= (91-85)=-6(mm)a-b a-b(4)當(dāng)A,B,C能分開時，如圖5( b)，則分辨率為c 6cF1= (91-85)= (mm)a-b a-b圖4分辨率測試(a) A、B不能分開(b) A、B能分開圖5測分辨率波形5. 靈敏度余量的測試(1)【抑制】至“ 0”,【增益】最大，【發(fā)射強度】至強。(2)連接探頭，調(diào)節(jié)【衰減器】使儀器噪聲電子為滿幅度10%，記錄這時【衰減器】的讀數(shù)N1。(3)探頭置于圖6所示的靈敏度余量試塊上(200 /1平底孔試塊)，調(diào)【衰減器】使平底孔回波達滿幅度 80%，這時【衰減器】的讀數(shù)N2。(4)計算:靈敏度余量 N = N2-N1 (