靈敏和分辨力超聲波檢測技術(shù)

1、靈敏度和分辨力（超聲波檢測技術(shù)）超聲檢測靈敏度及分辨力的探討劉國余（北方華錦化學(xué)工業(yè)集團有限公司檢測中心，遼寧盤錦 124021）摘 要：對超聲檢測靈敏度和分辨力進行定義，以及分辨力的測定方法；并探討了超聲檢測儀和探頭頻率對靈敏度和分辨力的影響。關(guān)鍵詞：靈敏度；分辨力；超聲檢測；探傷儀；探頭1 靈敏度和分辨力的定義1.1 廣義的定義靈敏度 sensitivity 定義1：儀表、傳感器等裝置與系統(tǒng)的輸出量的增量與輸入量增量的比。 定義2：計量儀器的響應(yīng)變化值除以相應(yīng)激勵變化值。 定義3：系統(tǒng)參數(shù)的變化對系統(tǒng)狀態(tài)的影響程度。 分辨力 resolution 定義1：導(dǎo)致標(biāo)示值發(fā)生可觀察到的被測量或供

2、給量的最小變化。 定義2：儀器儀表能有意義地辨別被指示量兩緊鄰值的能力。 1.2 在超聲檢測中的定義靈敏度超聲檢測中靈敏度是指整個檢測系統(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。分辨力超聲檢測系統(tǒng)的分辨力是指能夠?qū)σ欢ù笮〉膬蓚€相鄰反射體提供可分離指示時兩者的最小距離。2 超聲檢測靈敏度和分辨力超聲檢測靈敏度與頻率有關(guān)，超聲檢測靈敏度約為/2，由 = c/f 可知，頻率越高，越有利于發(fā)現(xiàn)更小缺陷。 超聲波探傷分辨力分為近場分辨力（盲區(qū)）、遠(yuǎn)場分辨力。近場分辨力主要取決于始脈沖占寬和儀器阻塞效應(yīng)。遠(yuǎn)場分辨力又可分為縱向分辨力、橫向分辨力。由于超聲脈沖自身有一定寬度，在深度

3、方向上分辨兩個相鄰信號的能力有一個最小限度（最小距離），稱縱向分辨力。縱向分辨力主要取決于始脈沖占寬和探測靈敏度。探頭平移時，分辨兩個相鄰反射體的能力稱為橫向分辨力。橫向分辨力取決于聲速的寬度。在工件的入射面和底面附近，可分辨的缺陷和相鄰界面間的距離，稱為入射面分辨力和底面分辨力，又稱上表面分辨力和下表面分辨力。實際檢測時，入射面分辨力和底面分辨力與所用的檢測靈敏度有關(guān)，檢測靈敏度高時，界面脈沖或始波寬度會增大，使得分辨力變差。3 超聲檢測分辨力的測定3.1直探頭（縱波）分辨力的測定：將儀器的抑制旋鈕調(diào)至“0”，其他旋鈕位置適當(dāng)。將探頭置于CSKA試塊上，前后移動探頭，使顯示屏上出現(xiàn)聲程為85

4、、91、100的三個反射波A、B、C。當(dāng)A、B、C不能分開時，分辨力F1為：F1 = 20lg（a/b）dB。當(dāng)A、B、C能分開時，分辨力F2為：F2 = 20lg（c/a）dB。JB/T47302005標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，直探頭遠(yuǎn)場分辨力大于等于30dB。斜探頭（橫波）分辨力的測定：將儀器的抑制旋鈕調(diào)至“0”，其他旋鈕位置適當(dāng)。將探頭置于CSKA試塊上，對準(zhǔn)50、44、40三個階梯孔，使顯示屏上出現(xiàn)三個反射波。移動探頭并調(diào)節(jié)儀器，使50、44回波等高，其波峰為h1，波谷為h2，則其分辨力F3為：F3 = 20lg（h1/h2）dB。 JB/T47302005標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，斜探頭遠(yuǎn)場分辨力大于等于6dB

5、。4 超聲波探傷儀和探頭頻率對靈敏度和分辨力的影響4.1超聲波探傷儀超聲波探傷儀主要由同步電路、掃描電路、發(fā)射電路、接受電路、顯示電路和電源電路等組成。發(fā)射電路的發(fā)射強度越大，儀器靈敏度越高，但發(fā)射脈沖變寬，分辨力變差。接收電路影響檢測靈敏度和分辨力，接受電路必須具有約105的放大能力。KV = 20lgU出/U入dB，一般檢測儀的電壓放大倍數(shù)可達(dá)104105倍，相當(dāng)于80100dB。4.2探頭頻率超聲檢測頻率一般在0.510MHz之間，選擇范圍大。在選擇頻率時應(yīng)明確以下幾點：1.由于波的繞射，使超聲波檢測靈敏度約為/2，因此由 = c/f 可知，提高頻率，有利于發(fā)現(xiàn)更小缺陷。2.頻率越高，脈沖寬度越小，分辨力也就越高，有利于區(qū)分相鄰缺陷且缺陷定位精度高。3.由0 = arcsin1.22/ D可知，頻率越高，波長越短，半擴散角就越小，聲束指向性也就越好，能量集中，發(fā)現(xiàn)小缺陷的能力也就越強，但相對的檢測區(qū)域也就越小，僅能發(fā)現(xiàn)聲束軸線附近的缺陷。4. 由N = D2/4可知，頻率越高，近場區(qū)長度越大，對檢測不利。因此在實際檢測中要綜合考慮探頭頻率對半擴散角和近場區(qū)長度的影響，合理選擇探頭頻率。一般是在保證檢測靈敏度的前提下盡可能減少近場區(qū)長度。參考文獻(xiàn)：1鄭暉，林樹青