超聲檢測(cè)第17講-儀器和探頭的性能及其測(cè)試

1、儀器和探頭的性能及其測(cè)試一、超聲檢測(cè)儀和探頭的主要性能及其組合性能1.超聲檢測(cè)儀的主要性能 (1)脈沖發(fā)射部分：這部分性能主要有發(fā)射電壓、發(fā)射脈沖上升時(shí)間、發(fā)射脈沖寬度和發(fā)射脈沖頻譜。其中脈沖頻譜與前幾個(gè)參數(shù)是相關(guān)的。脈沖上升時(shí)間直接與頻譜的帶寬相關(guān)，脈沖上升時(shí)間越短，則頻帶越寬。在儀器技術(shù)指標(biāo)中，常給出發(fā)射電壓幅度和脈沖上升時(shí)間，作為發(fā)射部分的性能指標(biāo)。(2)接收部分：接收部分的性能主要有垂直線性、頻率響應(yīng)、噪聲電平、最大使用靈敏度、衰減器準(zhǔn)確度以及與示波管結(jié)合的性能，包括垂直偏轉(zhuǎn)極限、線性范圍和動(dòng)態(tài)范圍。 (3)時(shí)基部分：時(shí)基部分的性能包括水平線性、脈沖重復(fù)頻率以及與示波管結(jié)合的性能，包括

2、水平偏轉(zhuǎn)極限和線性范圍。2.探頭的主要性能 探頭的主要性能包括頻率響應(yīng)、相對(duì)靈敏度、時(shí)間域響應(yīng)、電阻抗、距離幅度特性、聲束擴(kuò)散特性、斜探頭的入射點(diǎn)和折射角、聲軸偏斜角和雙峰等。3.超聲檢測(cè)儀和探頭的組合性能：組合性能包括靈敏度(或靈敏度余量)、分辨力、信噪比和頻率等。(1)靈敏度：超聲檢測(cè)中靈敏度廣義的含義是指整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)(儀器與探頭)發(fā)現(xiàn)最小缺陷的能力。發(fā)現(xiàn)的缺陷越小，靈敏度就越高。(2)分辨力(3)信噪比(4)頻率二、超聲檢測(cè)儀、探頭及其組合性能的測(cè)試方法1.儀器使用性能的測(cè)試方法：儀器的基本性能主要由制造商在儀器出廠前進(jìn)行測(cè)試，并提供給用戶(hù)。對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)。更關(guān)心的是那些與檢測(cè)直接相關(guān)的

3、基本性能。主要包括垂直線性、水平線性、動(dòng)態(tài)范圍和衰減器準(zhǔn)確度。這些指標(biāo)的測(cè)量方法較為簡(jiǎn)單，通常不需要連接特殊的電路或儀器。在定期的儀器檢定中。以及在日常工作中確認(rèn)儀器狀態(tài)時(shí)，均需對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，因此，這些指標(biāo)又稱(chēng)儀器的使用性能。關(guān)于這些技術(shù)指標(biāo)的具體量值要求，需根據(jù)超聲檢測(cè)的具體對(duì)象和目的進(jìn)行規(guī)定。(1)垂直線性接收電路中影響垂直線性的有衰減器、高頻放大器、視頻放大器等。規(guī)定了不同的測(cè)試方法。一種簡(jiǎn)單的測(cè)試方法是采用規(guī)定的人工反射體產(chǎn)生的脈沖回波，用儀器上的衰減器改變屏幕上顯示的回波高度，以測(cè)得的回波高度值與相應(yīng)衰減量對(duì)應(yīng)的理論波高的最大差值作為垂直線性誤差。這種方法測(cè)得的垂直線性誤差綜合

4、了衰減器和放大器等接收電路各部分的誤差值。(2)垂直線性誤差的測(cè)試:為了要區(qū)分衰減器誤差與其他電路的誤差。一種方法是先用標(biāo)準(zhǔn)衰減器測(cè)出儀器上衰減器的準(zhǔn)確度，在衰減器符合要求的情況下，再進(jìn)行上述測(cè)量，另一種方法是采用兩個(gè)成比例的信號(hào)，調(diào)節(jié)增益(或衰減器)使信號(hào)在屏幕上的波高改變?yōu)椴煌闹?，觀察兩個(gè)信號(hào)幅度比的變化情況。由于衰減器對(duì)兩個(gè)信號(hào)的衰減量是一樣的，因此幅度比的變化基本排除了衰減器的影響，可代表放大電路的線性情況。在確認(rèn)放大器線性滿足要求的情況下，仍可用衰減器調(diào)節(jié)量與回波高度的對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)測(cè)定衰減器的準(zhǔn)確度。可按下列簡(jiǎn)易方法大致測(cè)出衰減誤差:在探頭遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)，同聲程平底孔的孔徑相差一倍，其反射回

5、波的理論差值為12 dB。據(jù)此。可以用直探頭檢測(cè)試塊內(nèi)同聲程的Ø2mm和Ø4平底孔(如、CS- 1型5號(hào)和15號(hào)試塊)，用衰減器將它們的回波調(diào)至同一高度(如垂直刻度的80%)，此時(shí)衰減器的調(diào)節(jié)量(dB)值與12 dB的差值即為衰減誤差。由于檢測(cè)儀衰減器旋鈕刻度只有整數(shù)值，難以調(diào)節(jié)到基準(zhǔn)高度的回波余額可折算。(3)動(dòng)態(tài)范圍：動(dòng)態(tài)范圍的測(cè)量通常采用直探頭，將試塊上反射體的回波高度調(diào)節(jié)到垂直刻度的100%，用衰減器將回波幅度由100%下降到剛能辨認(rèn)的最小值時(shí)，該調(diào)節(jié)量即為儀器的動(dòng)態(tài)，注意這時(shí)抑制旋鈕為“0”。JB/T10061-1999標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定儀器的動(dòng)態(tài)范圍不小于26dB。2.

6、探頭的性能及其測(cè)試：多數(shù)探頭性能不僅與探頭晶片本身的特性有關(guān)，還與探頭的阻尼、耦合介質(zhì)特性、測(cè)試時(shí)激勵(lì)信號(hào)的特性有關(guān)。很多性能必須通過(guò)脈沖回波來(lái)反映，因此，測(cè)試時(shí)往往要規(guī)定測(cè)試激勵(lì)信號(hào)、耦合介質(zhì)以及脈沖反射法時(shí)的反射體，以使需檢測(cè)的探頭性能以外的其他影響因素被排除或保持不變，使檢測(cè)結(jié)果具有可比性。前面所述的探頭性能是探頭制造商進(jìn)行探頭質(zhì)量評(píng)價(jià)時(shí)需要檢測(cè)的項(xiàng)目。對(duì)于使用者而言，測(cè)試的目的主要是對(duì)探頭性能的定期檢驗(yàn)，以及斜探頭入射點(diǎn)與折射角等易變參數(shù)的常規(guī)測(cè)試。下面僅介紹常用的頻率特性、距離幅度特性、聲束特性、斜探頭的入射點(diǎn)與折射角、聲束偏斜角與雙峰的測(cè)試方法。3.儀器與探頭組合性能測(cè)試：組合性能

7、測(cè)試包括靈敏度(或靈敏度余量)、分辨力和信噪比。 (1)靈敏度余量 儀器與直探頭組合的靈敏度余量測(cè)試方法如下:1)儀器增益旋鈕至最大，抑制旋鈕至“0”，發(fā)射強(qiáng)度旋鈕至“強(qiáng)”，連接探頭,并使探頭懸空，調(diào)衰減器使電噪聲電平10%，記下此時(shí)的衰減器的讀數(shù)N1dB。 2)將探頭對(duì)準(zhǔn)圖1a所示的200 mm聲程處的2 mm平底孔.調(diào)衰減器使2 mm平底孔回波高度為50%，記下此時(shí)衰減器讀數(shù)N2dB。則儀器與探頭的靈敏度余量N為: 儀器與斜探頭組合的靈敏度余量的測(cè)試:1)增益旋鈕至最大，抑制旋鈕至"0"，發(fā)射強(qiáng)度旋鈕至“強(qiáng)”，連接探頭并懸空，記下電噪聲電平10%的衰減量N1。 2)探頭

8、置于IIW試塊或CSK-IA試塊上，如圖1b所示，記下使R100圓弧面的第一次反射波最高達(dá)50%時(shí)的衰減量N2。則儀器與斜探頭的靈敏度余量N為: N=N2一N1(dB) 圖1 靈敏度余量測(cè)定 a)直探頭 b)斜探頭 (2)盲區(qū)與始脈沖寬度盲區(qū)是指從檢測(cè)面到能夠發(fā)現(xiàn)缺陷的最小距離。盲區(qū)的大小與儀器的阻塞時(shí)間和始脈沖寬度有關(guān)。 始脈沖寬度測(cè)定方法:按規(guī)定調(diào)好靈敏度并調(diào)至標(biāo)準(zhǔn)“0"點(diǎn)，如圖2所示，示波屏上始脈沖達(dá)20 %高處至水平刻度“0”點(diǎn)的距離Wn，即為始脈沖寬度。 JB/T 4730-2005中規(guī)定，儀器和直探頭組合的始脈沖寬度(在基準(zhǔn)靈敏度下):對(duì)于頻率為5MHz的探頭，寬度不大于10 mm;對(duì)于頻率為2.5MHz的探頭，寬度不大于15mm。 盲區(qū)的測(cè)定可在盲區(qū)試塊上進(jìn)行，如圖3所示。在示波屏上能清晰地顯示1rnm平底孔獨(dú)立回波的最小距離即為所測(cè)的盲區(qū)。圖2 始脈沖寬度 圖3 用盲區(qū)試塊測(cè)盲區(qū) 如果沒(méi)有