物理超聲檢測設備與器材課件

第四章超聲檢測設備和器材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。儀器和探頭對超聲檢測系統(tǒng)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并進行有效檢測的保證。4.1超聲檢測儀是超聲檢測的主體設備，作用是產(chǎn)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。11/12/2022第四章超聲檢測設備和器材超聲檢測設備和器材包括超聲波檢測儀1第四章超聲檢測設備和器材4.1.1超聲檢測儀的分類：1.概述：按照其指示的參量可以分為三類(1)超聲的穿透能量穿透式檢測儀：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(jù)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。11/12/2022第四章超聲檢測設備和器材4.1.1超聲檢測儀的分類：112第四章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(jù)發(fā)射波與反射波的差頻變化情況判斷工件中有無缺陷。共振式測厚儀(3)脈沖波的幅度和運行時間脈沖波探傷儀：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。11/12/2022第四章超聲檢測設備和器材(2)頻率可變的超聲連續(xù)波在工34.1.1超聲檢測儀的分類按照接收信號：反射式、衍射式按照信號顯示方式：A型顯示、成像顯示按照信號處理技術：模擬、數(shù)字按照超聲波的通道數(shù)：單通道、雙通道、多通道2.A型顯示、B型顯示和C型顯示11/12/20224.1.1超聲檢測儀的分類按照接收信號：反射式、衍射式114A型顯示A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?？梢哉J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(xiàn)表示來自缺陷的回波，B表示底面回波。A型顯示的缺點：難以判斷缺陷的幾何形狀，缺乏直觀性。A型顯示具有檢波和非檢波兩種形式。11/12/2022A型顯示A型顯示是一種波形顯示，屏幕的橫坐標代表聲波的傳播時5A型顯示11/12/2022A型顯示11/9/20226B型顯示B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。11/12/2022B型顯示B型顯示顯示的是試件縱斷面的一個二維截面圖，屏幕縱坐7C型顯示C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。

11/12/2022C型顯示C型顯示顯示的是試件橫斷面的一個平面投影圖，探頭在試84.1.2模擬超聲波檢測儀1.儀器電路方框圖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。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。11/12/20224.1.2模擬超聲波檢測儀1.儀器電路方框圖和工作原理194.1.2模擬超聲波檢測儀2.儀器主要組成部分的作用(1)同步電路（觸發(fā)電路）作用：產(chǎn)生數(shù)十～數(shù)千赫茲(Hz)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(xié)調一致工作。重復頻率：每秒鐘內發(fā)射同步脈沖的次數(shù)。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?；孟蟛ǎ焊咧貜皖l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。11/12/20224.1.2模擬超聲波檢測儀2.儀器主要組成部分的作用11102.儀器主要組成部分的作用(2)掃描電路（時基電路）作用：產(chǎn)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(chǎn)生一條水平掃描時基線。時基線調節(jié)：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）。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。11/12/20222.儀器主要組成部分的作用(2)掃描電路（時基電路）1112.儀器主要組成部分的作用掃描電路11/12/20222.儀器主要組成部分的作用掃描電路11/9/2022122.儀器主要組成部分的作用(3)發(fā)射電路作用：電脈沖信號發(fā)生器，產(chǎn)生高壓電脈沖施加到壓電晶片上產(chǎn)生脈沖超聲波。電路形式：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。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。11/12/20222.儀器主要組成部分的作用(3)發(fā)射電路11/9/20132.儀器主要組成部分的作用阻尼電阻R0：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。11/12/20222.儀器主要組成部分的作用阻尼電阻R0：11/9/2022142.儀器主要組成部分的作用(4)接收電路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。組成：衰減器、高頻放大器、檢波器和視頻放大器等。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(shù)，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。射頻放大電路：將衰減器輸出的射頻信號進行放大。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。11/12/20222.儀器主要組成部分的作用(4)接收電路11/9/20152.儀器主要組成部分的作用全波檢波：將視頻信號正、負半周的信號均轉換成正電壓信號；正檢波：將視頻信號正半周的信號均轉換成正電壓信號；負檢波：將視頻信號負半周的信號均轉換成正電壓信號。11/12/20222.儀器主要組成部分的作用全波檢波：將視頻信號正、負半周的162.儀器主要組成部分的作用抑制電路：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。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。盲區(qū)：由于發(fā)射脈沖自身寬度和放大器的阻塞現(xiàn)象，在靠近始波的一段時間范圍內，所要求發(fā)現(xiàn)的缺陷往往不能發(fā)現(xiàn)。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)。11/12/20222.儀器主要組成部分的作用抑制電路：用于將幅度較小的一部分172.儀器主要組成部分的作用(5)顯示電路：由示波器和外圍電路組成。顯示檢測圖形。(6)電源電路：給檢測儀各部分電路提供適當?shù)碾娔堋?1/12/20222.儀器主要組成部分的作用(5)顯示電路：由示波器和外183.儀器主要開關旋鈕的作用及調整發(fā)射部分工作方式選擇：選擇檢測方式，即“雙探”和“單探”方式。雙探：一發(fā)一收工作狀態(tài)；單探：自發(fā)自收工作狀態(tài)。發(fā)射強度：改變儀器發(fā)射脈沖功率（發(fā)射強度）。重復頻率：調節(jié)脈沖重復頻率，改變發(fā)射電路每秒鐘發(fā)射脈沖的次數(shù)。11/12/20223.儀器主要開關旋鈕的作用及調整發(fā)射部分11/9/2022193.儀器主要開關旋鈕的作用及調整接收部分

衰減器(粗、細)：調節(jié)檢測靈敏度和測量回波幅度。增益(增益細調)：改變接收放大器的放大倍數(shù)，連續(xù)改變檢測儀的靈敏度。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。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。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；11/12/20223.儀器主要開關旋鈕的作用及調整接收部分11/9/202203.儀器主要開關旋鈕的作用及調整時基線部分

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。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。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。11/12/20223.儀器主要開關旋鈕的作用及調整時基線部分11/9/20213.儀器主要開關旋鈕的作用及調整顯示部分

輝度：調節(jié)波形的亮度；聚焦：調節(jié)示波管中電子束的聚焦程度，使波形清晰；垂直：上下移動時基線。11/12/20223.儀器主要開關旋鈕的作用及調整顯示部分11/9/2224.1.3數(shù)字式超聲檢測儀計算機技術和超聲檢測儀技術相結合的產(chǎn)物。數(shù)字式超聲檢測儀為發(fā)射、接收電路的參數(shù)控制和接收信號的處理、顯示均采用數(shù)字化方式的儀器。11/12/20224.1.3數(shù)字式超聲檢測儀計算機技術和超聲檢測儀技術相結合234.1.3數(shù)字式超聲檢測儀1.數(shù)字式超聲檢測儀與模擬式超聲檢測儀的異同(1)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。信號放大到一定程度后，數(shù)字式儀器由模—數(shù)轉換器變成數(shù)字信號，由微處理器進行處理后，在顯示器上顯示。數(shù)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(xiàn)逐行逐點掃描；模擬式儀器是由單行掃描線經(jīng)幅度調節(jié)顯示波形。數(shù)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(xié)調。11/12/20224.1.3數(shù)字式超聲檢測儀1.數(shù)字式超聲檢測儀與模擬式244.1.3數(shù)字式超聲檢測儀(2)儀器的功能數(shù)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。數(shù)字式儀器通過人機對話，用按鍵或菜單的方式，將控制數(shù)據(jù)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行調整。數(shù)字式儀器的控制參數(shù)可以存貯和調用，方便檢測過程的重復再現(xiàn)；可提供檢測波形記錄與存貯等附加功能。11/12/20224.1.3數(shù)字式超聲檢測儀(2)儀器的功能11/9/2254.1.3數(shù)字式超聲檢測儀(3)儀器的性能兩種儀器的最基本部分——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。主要差別：數(shù)字式儀器中的模—數(shù)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(shù)有?！獢?shù)轉換器的模—數(shù)轉換頻率、字長和存儲深度，以及顯示器的刷新頻率。模—數(shù)轉換（A/D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(shù)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。11/12/20224.1.3數(shù)字式超聲檢測儀(3)儀器的性能11/9/2264.1.3數(shù)字式超聲檢測儀字長：決定幅度讀數(shù)的精度。存儲深度（數(shù)據(jù)長度）與采樣頻率決定檢測范圍的大小。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。11/12/20224.1.3數(shù)字式超聲檢測儀字長：決定幅度讀數(shù)的精度。11/274.1.3數(shù)字式超聲檢測儀2.數(shù)字式超聲檢測儀的優(yōu)勢與問題優(yōu)勢：方便超聲信號的存儲、記錄、再現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)超聲檢測缺乏永久記錄的缺點；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；顯示器不需要示波管，使儀器小型化；儀器參數(shù)的數(shù)字化控制使檢測參數(shù)可以存儲、檢測過程的重現(xiàn)。問題：?！獢?shù)轉換器的采樣頻率、數(shù)據(jù)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。11/12/20224.1.3數(shù)字式超聲檢測儀2.數(shù)字式超聲檢測儀的優(yōu)勢與284.1.4儀器的維修保養(yǎng)見83頁11/12/20224.1.4儀器的維修保養(yǎng)見83頁11/9/202229超聲波探傷儀探傷儀11/12/2022超聲波探傷儀探傷儀11/9/2022304.1.5超聲波測厚儀1.共振式測厚儀超聲波（連續(xù)波）垂直入射到平板工件底面，全反射。當工件厚度為δ=λ/2的整數(shù)倍時,反射波與入射波互相疊加,形成駐波,產(chǎn)生共振.工件厚度與波速、頻率的關系為:當n=1時,f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：11/12/20224.1.5超聲波測厚儀1.共振式測厚儀11/9/202314.1.5超聲波測厚儀

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%。11/12/20224.1.5超聲波測厚儀共振式測厚儀可測厚度下限小，最小可324.1.5超聲波測厚儀2.脈沖反射式測厚儀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：

測量往返時間t的兩種方法：（1）測量發(fā)射脈沖T與第一次底波B1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1～1.5mm。（2）測量第一次底波B1與第二次底波B2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。最小可達0.25mm。11/12/20224.1.5超聲波測厚儀2.脈沖反射式測厚儀11/9/2334.1.5超聲波測厚儀11/12/20224.1.5超聲波測厚儀11/9/2022344.1.5超聲波測厚儀3.蘭姆波測厚儀當超聲波頻率、入射角與工件厚度成一定關系時，在薄板工件中產(chǎn)生蘭姆波。改變探頭入射角角度，使得出現(xiàn)蘭姆波，然后根據(jù)探頭的入射角和頻率來測定工件厚度。11/12/20224.1.5超聲波測厚儀3.蘭姆波測厚儀11/9/202354.1.5超聲波測厚儀4.測厚儀的調整和使用調整要點：（1）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塊來校正。（2）選擇測厚方法。根據(jù)工件厚度和精度要求來選擇探頭。11/12/20224.1.5超聲波測厚儀4.測厚儀的調整和使用11/9/364.2探頭超聲換能器：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。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。

超聲波探頭是組成超聲檢測系統(tǒng)的最重要的組件之一。探頭的性能直接影響超聲檢測的能力和效果。11/12/20224.2探頭超聲換能器：將其他形式能量轉換成超音頻振動形式能374.2探頭超聲換能器種類：壓電換能器、磁致伸縮換能器、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——探頭的關鍵部件。

壓電晶片作用：將電能轉換成聲能，并將聲能轉換成電能。11/12/20224.2探頭超聲換能器種類：壓電換能器、磁致伸縮換能器、電磁384.2.1壓電效應和壓電材料正壓電效應（聲能→電能）：某些晶體材料在交變拉壓應力的作用下，產(chǎn)生交變電場的效應；逆壓電效應（電能→聲能）：當晶體材料在交變電場作用下，產(chǎn)生伸縮變形的效應。壓電效應：正、逆壓電效應的統(tǒng)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。壓電單晶體是各向異性的，其產(chǎn)生壓電效應的機理與其特定方向上的原子排列方式有關。壓電多晶體是各向同性的。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。11/12/20224.2.1壓電效應和壓電材料正壓電效應（聲能→電能）：某些394.2.2壓電材料的主要性能參數(shù)1.壓電應變常數(shù)d33：在壓電晶體上施加單位電壓時產(chǎn)生的應變大小。衡量壓電晶體材料發(fā)射靈敏度高低的重要參數(shù)。2.壓電電壓常數(shù)g33：作用在壓電晶體上單位應力所產(chǎn)生的電壓梯度大小。衡量壓電晶體材料接收靈敏度高低的重要參數(shù)。11/12/20224.2.2壓電材料的主要性能參數(shù)1.壓電應變常數(shù)d3404.2.2壓電材料的主要性能參數(shù)3.介電常數(shù)ε：介質的介電性質。ε=Ct/A4.機電耦合系數(shù)K:表示壓電材料機械能（聲能）與電能之間的轉換效率。

正壓電效應：逆壓電效應：

11/12/20224.2.2壓電材料的主要性能參數(shù)3.介電常數(shù)ε：介質的414.2.2壓電材料的主要性能參數(shù)5.機械品質因子θm：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。6.頻率常數(shù)Nt：壓電晶片的厚度與固有頻率的乘積。

駐波理論，壓電晶片在高頻電脈沖激勵下產(chǎn)生共振的條件。11/12/20224.2.2壓電材料的主要性能參數(shù)5.機械品質因子θm：壓424.2.2壓電材料的主要性能參數(shù)7.居里溫度TC：使壓電材料的壓電效應消失的溫度。超聲波探頭對晶片的要求：機電耦合系數(shù)K較大，以便獲得較高的轉換效率。機械品質因子θm較小，以便獲得較高的分辨率和較小的盲區(qū)。壓電應變常數(shù)d33和壓電電壓常數(shù)g33較大，以便獲得較高的發(fā)射靈敏度和接收靈敏度。頻率常數(shù)Nt較大，介電常數(shù)ε較小，以便獲得較高的頻率。居里溫度TC較高，聲阻抗Z適當。11/12/20224.2.2壓電材料的主要性能參數(shù)7.居里溫度TC：使壓434.2.3探頭的結構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。斜探頭有一個使晶片與入射面成一定角度的斜楔塊。1.壓電晶片接收和發(fā)射超聲波，實現(xiàn)電聲換能。晶片性能決定探頭性能。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。11/12/20224.2.3探頭的結構壓電換能器探頭由壓電晶片、阻尼塊、接頭444.2.3探頭的結構2.阻尼塊和吸聲材料阻尼塊由環(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。3.保護膜保護壓電晶片不致磨損和損壞。分硬、軟保護膜。4.斜楔使超聲波傾斜入射到檢測面而裝在晶片前面的楔塊。斜楔中的縱波波速須小于工件中的縱波波速。5.電纜線6.外殼11/12/20224.2.3探頭的結構2.阻尼塊和吸聲材料11/9/202454.2.4探頭的主要種類種類：a.波型分類：縱波、橫波、表面波、板波探頭等。b.耦合方式分類：接觸式、液（水）浸式。c.波束分類：聚焦、非聚焦。d.晶片數(shù)分類：單晶、雙晶。1.接觸式縱波直探頭發(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。主要用于檢測與檢測面平行或近似平行的缺陷（板材、鍛件）。主要參數(shù)：頻率、晶片尺寸。11/12/20224.2.4探頭的主要種類種類：11/9/2022464.2.4探頭的主要種類2.接觸式斜探頭共同特點：壓電晶片貼在一斜楔上，晶片于探頭表面成一定傾角?？v波斜探頭（αL＜αⅠ）：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。使用時應注意工件中同時存在的橫波的干擾。橫波斜探頭（αL=αⅠ～αⅡ）：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。表面波探頭（αL≥αⅡ）：入射角在產(chǎn)生瑞利波的臨界角附近，通常比αⅡ略大。結構與橫波斜探頭一樣。用于檢測表面和近表面缺陷。11/12/20224.2.4探頭的主要種類2.接觸式斜探頭11/9/202474.2.4探頭的主要種類蘭姆波探頭：角度根據(jù)板厚、頻率和所選的蘭姆波模式而定。用于檢測薄板中缺陷?？勺兘翘筋^：入射角可變。入射角變化范圍為0°～70°。11/12/20224.2.4探頭的主要種類蘭姆波探頭：角度根據(jù)板厚、頻率和所484.2.4探頭的主要種類3.雙晶探頭（分割探頭）分類：雙晶縱波探頭（αL＜αⅠ）、雙晶橫波探頭（αL=αⅠ～αⅡ）。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。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。主要參數(shù)：頻率、晶片尺寸和聲束匯聚區(qū)。11/12/20224.2.4探頭的主要種類3.雙晶探頭（分割探頭）11/494.2.4探頭的主要種類11/12/20224.2.4探頭的主要種類11/9/2022504.2.4探頭的主要種類4.接觸式聚焦探頭點聚焦──聲透鏡為球面，理想焦點為一點；線聚焦──聲透鏡為柱面，理想焦點為一條線。接觸聚焦：通過薄層耦合介質與工件接觸。接觸聚焦方式：透鏡式聚焦、反射式聚焦和曲面晶片式聚焦。主要參數(shù)：頻率、晶片尺寸和焦距。11/12/20224.2.4探頭的主要種類4.接觸式聚焦探頭11/9/2514.2.4探頭的主要種類5.水浸平探頭和水浸聚焦探頭水浸法：以水為耦合介質，探頭不與工件直接接觸。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(chǎn)生純橫波。水浸聚焦探頭：在水浸平探頭前加上聲透鏡產(chǎn)生聚焦聲束。焦距F與聲透鏡的曲率半徑r之間的關系：11/12/20224.2.4探頭的主要種類5.水浸平探頭和水浸聚焦探頭1524.2.4探頭的主要種類n——透鏡與耦合介質波速比，n=C1/C2。對于有機玻璃和水：F=2.2r聚焦探頭檢測工件時，實際F′會變小：F′=F－L（C3/C2－1）L——工件中焦點至工件表面的距離；C2——耦合劑中波速；C3——工件中波速。水層厚度：H=F－L·C3/C211/12/20224.2.4探頭的主要種類n——透鏡與耦合介質波速比，n=C534.2.4探頭的主要種類6.高溫探頭電磁超聲探頭8.爬波探頭爬波：表面下的縱波。當縱波以第一臨界角αⅠ附近的角度入射到界面時，會在第二介質中產(chǎn)生表面下縱波，即爬波。爬波探頭：結構與橫波探頭類似，入射角不同。11/12/20224.2.4探頭的主要種類6.高溫探頭11/9/2022544.2.5探頭型號組成項目：基本頻率──晶片材料──晶片尺寸──探頭種類──特征11/12/20224.2.5探頭型號11/9/202255探頭表示方法基本頻率晶片材料晶片尺寸探頭種類特征2.5Ｂ20Ｚ直探頭園晶片直徑20ｍｍ鈦酸鋇陶瓷頻率2.5MHz5P6×6Ｋ3Ｋ表示折射角矩形晶片6×6ｍｍ鈦酸鉛陶瓷頻率5MHzＫ值為311/12/2022探頭表示方法基本頻率晶片材料晶片尺寸探頭種類特征2.5Ｂ564.2探頭根據(jù)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(jù)波束可以分為聚焦探頭與非聚焦探頭。根據(jù)晶片數(shù)可分為單晶片、雙晶片。常用的主要是直探頭與斜探頭11/12/20224.2探頭根據(jù)波型，探頭可分為有縱波探頭、橫波探頭、表面波574.3耦合劑4.3.1耦合劑的作用超聲耦合：超聲波在檢測面上的聲強透過率。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。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。4.3.2常用耦合劑常用耦合劑：水、甘油、機油、變壓器油、化學糨糊。11/12/20224.3耦合劑4.3.1耦合劑的作用11/9/2022584.4試塊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。4.4.1試塊的分類和作用1.試塊的分類（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)。

用途：用于儀器探頭系統(tǒng)性能測試校準和檢測校準。（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對應。用途：檢測校準以及評估缺陷的當量尺寸。11/12/20224.4試塊按一定用途設計制作的具有簡單幾何形狀人工反射體或594.4試塊（3）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(xiàn)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(tǒng)檢測能力和檢測工藝。2.人工反射體：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，（1）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K值探頭。通常用于對接焊接接頭等檢測。11/12/20224.4試塊（3）模擬試塊：含模擬缺陷的試塊。是模擬工件中實604.4試塊（2）短橫孔：在近場區(qū)表現(xiàn)為線狀反射體特征，在遠場區(qū)表現(xiàn)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。（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。（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。11/12/20224.4試塊（2）短橫孔：在近場區(qū)表現(xiàn)為線狀反射體特征，在遠614.4.2標準試塊1.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。2.常用標準試塊（1）IIW試塊、IIW2試塊——國際標準試塊11/12/20224.4.2標準試塊1.標準試塊的基本要求：材質、加工、624.4.2標準試塊11/12/20224.4.2標準試塊11/9/2022634.4.2標準試塊（2）1號校準試塊（GB/T19799.1-2005）、CSK-1B試塊（GB11345）——國家標準試塊（3）CSK-1A、CSK-ⅡA、CSK-ⅢA和CSK-ⅣA試塊——專業(yè)（行業(yè)）標準試塊11/12/20224.4.2標準試塊（2）1號校準試塊（GB/T19799644.4.2標準試塊11/12/20224.4.2標準試塊11/9/2022654.4.3對比試塊1.對比試塊的基本要求（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；（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。（3）缺陷采用人工反射體制作。11/12/20224.4.3對比試塊1.對比試塊的基本要求11/9/20664.4.3對比試塊2.常用對比試塊（1）JB/T4730.3-2005標準中規(guī)定的對比試塊：a.鋼板橫波檢測對比試塊；b.鍛件橫波檢測對比試塊；c.無縫鋼管橫波檢測用對比試塊：縱向人工缺陷試塊、橫向人工缺陷試塊;d.聲能傳輸損耗超聲檢測對比試塊；e.T形焊接接頭超聲檢測對比試塊；f.鋁焊接接頭超聲檢測對比試塊；g.鋼制壓力管道和管子焊接接頭超聲檢測對比試塊；h.鋁及鋁合金壓力管道和管子焊接接頭超聲檢測對比試塊；i.鈦焊接接頭超聲檢測對比試塊；j.T1、T2、T3型堆焊層超聲檢測對比試塊；k.奧氏體不銹鋼對接接頭對比試塊。11/12/20224.4.3對比試塊2.常用對比試塊11/9/2022674.4.3對比試塊（2）半圓試塊11/12/20224.4.3對比試塊（2）半圓試塊11/9/2022684.4.3對比試塊（3）無縫鋼管對比試塊11/12/20224.4.3對比試塊（3）無縫鋼管對比試塊11/9/2022694.4.3對比試塊（4）RB-1、2、3試塊(GB11345)11/12/20224.4.3對比試塊（4）RB-1、2、3試塊11/9/704.4.4模擬試塊模擬試塊的基本要求（1）材料應盡可能與被檢工件相同或相近；（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。（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(xiàn)含自然缺陷的樣件。11/12/20224.4.4模擬試塊模擬試塊的基本要求11/9/202271試塊11/12/2022試塊11/9/2022724.5儀器和探頭的性能及其測試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

接收部分（包括與示波器結合的性能）脈沖重復頻率垂直線性發(fā)射脈沖頻譜頻率響應發(fā)射電壓（發(fā)射脈沖寬度）噪聲電平脈沖上升時間最大使用靈敏度脈沖持續(xù)時間衰減器精度垂直偏轉極限垂直線性范圍動態(tài)范圍11/12/20224.5儀器和探頭的性能及其測試儀器和探頭的性能包括：儀器的734.5儀器和探頭的性能及其測試

時基部分

數(shù)字超聲儀器額外的性能

（包括與示波器結合的性能）水平線性數(shù)字采樣率和采樣位數(shù)水平偏轉極限數(shù)字采樣誤差水平線性范圍A型顯示的像數(shù)質量數(shù)字式超聲儀器的響應時間11/12/20224.5儀器和探頭的性能及其測試時基部分742.探頭的主要性能頻率響應、相對靈敏度、時間域響應、電阻抗、距離幅度特性、聲擴散特性、斜探頭的入射點和折射角、聲軸偏斜角和雙峰等。11/12/20222.探頭的主要性能頻率響應、相對靈敏度、時間域響應、電阻抗753.超聲檢測儀器和探頭的組合性能（1）靈敏度：整個檢測系統(tǒng)（儀器和探頭）發(fā)現(xiàn)最小缺陷的能力。用靈敏度余量來衡量儀器和探頭的靈敏度。靈敏度余量：儀器最大輸出時（增益、發(fā)射強度最大、衰減和抑制為零），使規(guī)定反射體回波達基準高所需衰減的衰減總量。（2）分辨率：能夠對一定大小的兩個相鄰反射體提供可分離指示時兩者最小的距離。縱向分辨率：在深度方向上分辨兩個相鄰反射體的能力。橫向分辨率：探頭平移時，分辨兩個相鄰反射體的能力。入射面（上）分辨率和底面（下）分辨率：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。11/12/20223.超聲檢測儀器和探頭的組合性能（1）靈敏度：整個檢測系統(tǒng)（763.超聲檢測儀器和探頭的組合性能（3）信噪比：示波屏上有用的最小缺陷信號幅度與無用的噪聲雜波幅度之比.（4）頻率：儀器和探頭組合后的一個重要參數(shù)。取決于儀器的發(fā)射電路和探頭的組合性能?；夭l率誤差：儀器和探頭組合使用時，經(jīng)工件底面反射回的超聲波頻率與探頭的公稱頻率間的誤差極限。11/12/20223.超聲檢測儀器和探頭的組合性能（3）信噪比：示波屏上有用的774.5.2超聲檢測儀器探頭及其組合性能的測試方法1.儀器使用性能的測試方法（1）垂直線性：用衰減器改變屏幕顯示的規(guī)定人工反射體產(chǎn)生的回波高度，以測得的回波高度值與相應衰減量對應的理論波高的最大差值作為垂直線性誤差。

D=（|d1|+|d2|）%

（2）動態(tài)范圍：抑制為“0”，采用直探頭將試塊上反射體的回波從垂直刻度的100%下降到剛能辨認的最小值時的衰減器的調節(jié)量。11/12/20224.5.2超聲檢測儀器探頭及其組合性能的測試方法1.儀器781.儀器使用性能的測試方法（3）水平線性：利用具有兩個相互平行面的大平面試塊，用縱波直探頭獲得多次反射回波，并將規(guī)定次數(shù)的兩個回波調整到與兩端的規(guī)定刻度線對齊，觀察其他的反射回波位置與水平刻度線相重合的情況。11/12/20221.儀器使用性能的測試方法（3）水平線性：利用具有兩個相792.探頭的性能及其測試（1）頻率響應（2）距離幅度特性（3）斜探頭入射點和前沿長度（4）斜探頭K值或折射角βs（5）聲軸的偏移和聲束寬度（6）探頭雙峰11/12/20222.探頭的性能及其測試（1）頻率響應11/9/2022803.儀器與探頭組合性能測試（1）靈敏度余量（2）盲區(qū)與始脈沖寬度11/12/20223.儀器與探頭組合性能測試（1）靈敏度余量11/9/202813.儀器與探頭組合性能測試（3）遠場分辨力（4）信噪比（5）回波頻率11/12/20223.儀器與探頭組合性能測試（3）遠場分辨力11/9/20282第四章超聲檢測設備和器材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。儀器和探頭對超聲檢測系統(tǒng)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并進行有效檢測的保證。4.1超聲檢測儀是超聲檢測的主體設備，作用是產(chǎn)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。11/12/2022第四章超聲檢測設備和器材超聲檢測設備和器材包括超聲波檢測儀83第四章超聲檢測設備和器材4.1.1超聲檢測儀的分類：1.概述：按照其指示的參量可以分為三類(1)超聲的穿透能量穿透式檢測儀：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(jù)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。11/12/2022第四章超聲檢測設備和器材4.1.1超聲檢測儀的分類：1184第四章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(jù)發(fā)射波與反射波的差頻變化情況判斷工件中有無缺陷。共振式測厚儀(3)脈沖波的幅度和運行時間脈沖波探傷儀：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。11/12/2022第四章超聲檢測設備和器材(2)頻率可變的超聲連續(xù)波在工854.1.1超聲檢測儀的分類按照接收信號：反射式、衍射式按照信號顯示方式：A型顯示、成像顯示按照信號處理技術：模擬、數(shù)字按照超聲波的通道數(shù)：單通道、雙通道、多通道2.A型顯示、B型顯示和C型顯示11/12/20224.1.1超聲檢測儀的分類按照接收信號：反射式、衍射式1186A型顯示A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?？梢哉J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(xiàn)表示來自缺陷的回波，B表示底面回波。A型顯示的缺點：難以判斷缺陷的幾何形狀，缺乏直觀性。A型顯示具有檢波和非檢波兩種形式。11/12/2022A型顯示A型顯示是一種波形顯示，屏幕的橫坐標代表聲波的傳播時87A型顯示11/12/2022A型顯示11/9/202288B型顯示B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。11/12/2022B型顯示B型顯示顯示的是試件縱斷面的一個二維截面圖，屏幕縱坐89C型顯示C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。

11/12/2022C型顯示C型顯示顯示的是試件橫斷面的一個平面投影圖，探頭在試904.1.2模擬超聲波檢測儀1.儀器電路方框圖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。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。11/12/20224.1.2模擬超聲波檢測儀1.儀器電路方框圖和工作原理1914.1.2模擬超聲波檢測儀2.儀器主要組成部分的作用(1)同步電路（觸發(fā)電路）作用：產(chǎn)生數(shù)十～數(shù)千赫茲(Hz)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(xié)調一致工作。重復頻率：每秒鐘內發(fā)射同步脈沖的次數(shù)。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。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。11/12/20224.1.2模擬超聲波檢測儀2.儀器主要組成部分的作用11922.儀器主要組成部分的作用(2)掃描電路（時基電路）作用：產(chǎn)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(chǎn)生一條水平掃描時基線。時基線調節(jié)：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）。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。11/12/20222.儀器主要組成部分的作用(2)掃描電路（時基電路）1932.儀器主要組成部分的作用掃描電路11/12/20222.儀器主要組成部分的作用掃描電路11/9/2022942.儀器主要組成部分的作用(3)發(fā)射電路作用：電脈沖信號發(fā)生器，產(chǎn)生高壓電脈沖施加到壓電晶片上產(chǎn)生脈沖超聲波。電路形式：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。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。11/12/20222.儀器主要組成部分的作用(3)發(fā)射電路11/9/20952.儀器主要組成部分的作用阻尼電阻R0：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。11/12/20222.儀器主要組成部分的作用阻尼電阻R0：11/9/2022962.儀器主要組成部分的作用(4)接收電路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。組成：衰減器、高頻放大器、檢波器和視頻放大器等。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(shù)，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。射頻放大電路：將衰減器輸出的射頻信號進行放大。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。11/12/20222.儀器主要組成部分的作用(4)接收電路11/9/20972.儀器主要組成部分的作用全波檢波：將視頻信號正、負半周的信號均轉換成正電壓信號；正檢波：將視頻信號正半周的信號均轉換成正電壓信號；負檢波：將視頻信號負半周的信號均轉換成正電壓信號。11/12/20222.儀器主要組成部分的作用全波檢波：將視頻信號正、負半周的982.儀器主要組成部分的作用抑制電路：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。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。盲區(qū)：由于發(fā)射脈沖自身寬度和放大器的阻塞現(xiàn)象，在靠近始波的一段時間范圍內，所要求發(fā)現(xiàn)的缺陷往往不能發(fā)現(xiàn)。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)。11/12/20222.儀器主要組成部分的作用抑制電路：用于將幅度較小的一部分992.儀器主要組成部分的作用(5)顯示電路：由示波器和外圍電路組成。顯示檢測圖形。(6)電源電路：給檢測儀各部分電路提供適當?shù)碾娔堋?1/12/20222.儀器主要組成部分的作用(5)顯示電路：由示波器和外1003.儀器主要開關旋鈕的作用及調整發(fā)射部分工作方式選擇：選擇檢測方式，即“雙探”和“單探”方式。雙探：一發(fā)一收工作狀態(tài)；單探：自發(fā)自收工作狀態(tài)。發(fā)射強度：改變儀器發(fā)射脈沖功率（發(fā)射強度）。重復頻率：調節(jié)脈沖重復頻率，改變發(fā)射電路每秒鐘發(fā)射脈沖的次數(shù)。11/12/20223.儀器主要開關旋鈕的作用及調整發(fā)射部分11/9/20221013.儀器主要開關旋鈕的作用及調整接收部分

衰減器(粗、細)：調節(jié)檢測靈敏度和測量回波幅度。增益(增益細調)：改變接收放大器的放大倍數(shù)，連續(xù)改變檢測儀的靈敏度。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。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。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；11/12/20223.儀器主要開關旋鈕的作用及調整接收部分11/9/2021023.儀器主要開關旋鈕的作用及調整時基線部分

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。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。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。11/12/20223.儀器主要開關旋鈕的作用及調整時基線部分11/9/201033.儀器主要開關旋鈕的作用及調整顯示部分

輝度：調節(jié)波形的亮度；聚焦：調節(jié)示波管中電子束的聚焦程度，使波形清晰；垂直：上下移動時基線。11/12/20223.儀器主要開關旋鈕的作用及調整顯示部分11/9/21044.1.3數(shù)字式超聲檢測儀計算機技術和超聲檢測儀技術相結合的產(chǎn)物。數(shù)字式超聲檢測儀為發(fā)射、接收電路的參數(shù)控制和接收信號的處理、顯示均采用數(shù)字化方式的儀器。11/12/20224.1.3數(shù)字式超聲檢測儀計算機技術和超聲檢測儀技術相結合1054.1.3數(shù)字式超聲檢測儀1.數(shù)字式超聲檢測儀與模擬式超聲檢測儀的異同(1)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。信號放大到一定程度后，數(shù)字式儀器由?！獢?shù)轉換器變成數(shù)字信號，由微處理器進行處理后，在顯示器上顯示。數(shù)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(xiàn)逐行逐點掃描；模擬式儀器是由單行掃描線經(jīng)幅度調節(jié)顯示波形。數(shù)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(xié)調。11/12/20224.1.3數(shù)字式超聲檢測儀1.數(shù)字式超聲檢測儀與模擬式1064.1.3數(shù)字式超聲檢測儀(2)儀器的功能數(shù)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。數(shù)字式儀器通過人機對話，用按鍵或菜單的方式，將控制數(shù)據(jù)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行調整。數(shù)字式儀器的控制參數(shù)可以存貯和調用，方便檢測過程的重復再現(xiàn)；可提供檢測波形記錄與存貯等附加功能。11/12/20224.1.3數(shù)字式超聲檢測儀(2)儀器的功能11/9/21074.1.3數(shù)字式超聲檢測儀(3)儀器的性能兩種儀器的最基本部分——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。主要差別：數(shù)字式儀器中的?！獢?shù)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(shù)有?！獢?shù)轉換器的?！獢?shù)轉換頻率、字長和存儲深度，以及顯示器的刷新頻率。?！獢?shù)轉換（A/D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(shù)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。11/12/20224.1.3數(shù)字式超聲檢測儀(3)儀器的性能11/9/21084.1.3數(shù)字式超聲檢測儀字長：決定幅度讀數(shù)的精度。存儲深度（數(shù)據(jù)長度）與采樣頻率決定檢測范圍的大小。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。11/12/20224.1.3數(shù)字式超聲檢測儀字長：決定幅度讀數(shù)的精度。11/1094.1.3數(shù)字式超聲檢測儀2.數(shù)字式超聲檢測儀的優(yōu)勢與問題優(yōu)勢：方便超聲信號的存儲、記錄、再現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)超聲檢測缺乏永久記錄的缺點；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；顯示器不需要示波管，使儀器小型化；儀器參數(shù)的數(shù)字化控制使檢測參數(shù)可以存儲、檢測過程的重現(xiàn)。問題：模—數(shù)轉換器的采樣頻率、數(shù)據(jù)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。11/12/20224.1.3數(shù)字式超聲檢測儀2.數(shù)字式超聲檢測儀的優(yōu)勢與1104.1.4儀器的維修保養(yǎng)見83頁11/12/20224.1.4儀器的維修保養(yǎng)見83頁11/9/2022111超聲波探傷儀探傷儀11/12/2022超聲波探傷儀探傷儀11/9/20221124.1.5超聲波測厚儀1.共振式測厚儀超聲波（連續(xù)波）垂直入射到平板工件底面，全反射。當工件厚度為δ=λ/2的整數(shù)倍時,反射波與入射波互相疊加,形成駐波,產(chǎn)生共振.工件厚度與波速、頻率的關系為:當n=1時,f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：11/12/20224.1.5超聲波測厚儀1.共振式測厚儀11/9/2021134.1.5超聲波測厚儀

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。可達0.1%。11/12/20224.1.5超聲波測厚儀共振式測厚儀可測厚度下限小，最小可1144.1.5超聲波測厚儀2.脈沖反射式測厚儀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：

測量往返時間t的兩種方法：（1）測量發(fā)射脈沖T與第一次底波B1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1～1.5mm。（2）測量第一次底波B1與第二次底波B2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。最小可達0.25mm。11/12/20224.1.5超聲波測厚儀2.脈沖反射式測厚儀11/9/21154.1.5超聲波測厚儀11/12/20224.1.5超聲波測厚儀11/9/20221164.1.5超聲波測厚儀3.蘭姆波測厚儀當超聲波頻率、入射角與工件厚度成一定關系時，在薄板工件中產(chǎn)生蘭姆波。改變探頭入射角角度，使得出現(xiàn)蘭姆波，然后根據(jù)探頭的入射角和頻率來測定工件厚度。11/12/20224.1.5超聲波測厚儀3.蘭姆波測厚儀11/9/2021174.1.5超聲波測厚儀4.測厚儀的調整和使用調整要點：（1）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塊來校正。（2）選擇測厚方法。根據(jù)工件厚度和精度要求來選擇探頭。11/12/20224.1.5超聲波測厚儀4.測厚儀的調整和使用11/9/1184.2探頭超聲換能器：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。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。

超聲波探頭是組成超聲檢測系統(tǒng)的最重要的組件之一。探頭的性能直接影響超聲檢測的能力和效果。11/12/20224.2探頭超聲換能器：將其他形式能量轉換成超音頻振動形式能1194.2探頭超聲換能器種類：壓電換能器、磁致伸縮換能器、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——探頭的關鍵部件。

壓電晶片作用：將電能轉換成聲能，并將聲能轉換成電能。11/12/20224.2探頭超聲換能器種類：壓電換能器、磁致伸縮換能器、電磁1204.2.1壓電效應和壓電材料正壓電效應（聲能→電能）：某些晶體材料在交變拉壓應力的作用下，產(chǎn)生交變電場的效應；逆壓電效應（電能→聲能）：當晶體材料在交變電場作用下，產(chǎn)生伸縮變形的效應。壓電效應：正、逆壓電效應的統(tǒng)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。壓電單晶體是各向異性的，其產(chǎn)生壓電效應的機理與其特定方向上的原子排列方式有關。壓電多晶體是各向同性的。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。11/12/20224.2.1壓電效應和壓電材料正壓電效應（聲能→電能）：某些1214.2.2壓電材料的主要性能參數(shù)1.壓電應變常數(shù)d33：在壓電晶體上施加單位電壓時產(chǎn)生的應變大小。衡量壓電晶體材料發(fā)射靈敏度高低的重要參數(shù)。2.壓電電壓常數(shù)g33：作用在壓電晶體上單位應力所產(chǎn)生的電壓梯度大小。衡量壓電晶體材料接收靈敏度高低的重要參數(shù)。11/12/20224.2.2壓電材料的主要性能參數(shù)1.壓電應變常數(shù)d31224.2.2壓電材料的主要性能參數(shù)3.介電常數(shù)ε：介質的介電性質。ε=Ct/A4.機電耦合系數(shù)K:表示壓電材料機械能（聲能）與電能之間的轉換效率。

正壓電效應：逆壓電效應：

11/12/20224.2.2壓電材料的主要性能參數(shù)3.介電常數(shù)ε：介質的1234.2.2壓電材料的主要性能參數(shù)5.機械品質因子θm：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。6.頻率常數(shù)Nt：壓電晶片的厚度與固有頻率的乘積。

駐波理論，壓電晶片在高頻電脈沖激勵下產(chǎn)生共振的條件。11/12/20224.2.2壓電材料的主要性能參數(shù)5.機械品質因子θm：壓1244.2.2壓電材料的主要性能參數(shù)7.居里溫度TC：使壓電材料的壓電效應消失的溫度。超聲波探頭對晶片的要求：機電耦合系數(shù)K較大，以便獲得較高的轉換效率。機械品質因子θm較小，以便獲得較高的分辨率和較小的盲區(qū)。壓電應變常數(shù)d33和壓電電壓常數(shù)g33較大，以便獲得較高的發(fā)射靈敏度和接收靈敏度。頻率常數(shù)Nt較大，介電常數(shù)ε較小，以便獲得較高的頻率。居里溫度TC較高，聲阻抗Z適當。11/12/20224.2.2壓電材料的主要性能參數(shù)7.居里溫度TC：使壓1254.2.3探頭的結構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。斜探頭有一個使晶片與入射面成一定角度的斜楔塊。1.壓電晶片接收和發(fā)射超聲波，實現(xiàn)電聲換能。晶片性能決定探頭性能。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。11/12/20224.2.3探頭的結構壓電換能器探頭由壓電晶片、阻尼塊、接頭1264.2.3探頭的結構2.阻尼塊和吸聲材料阻尼塊由環(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。3.保護膜保護壓電晶片不致磨損和損壞。分硬、軟保護膜。4.斜楔使超聲波傾斜入射到檢測面而裝在晶片前面的楔塊。斜楔中的縱波波速須小于工件中的縱波波速。5.電纜線6.外殼11/12/20224.2.3探頭的結構2.阻尼塊和吸聲材料11/9/2021274.2.4探頭的主要種類種類：a.波型分類：縱波、橫波、表面波、板波探頭等。b.耦合方式分類：接觸式、液（水）浸式。c.波束分類：聚焦、非聚焦。d.晶片數(shù)分類：單晶、雙晶。1.接觸式縱波直探頭發(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。主要用于檢測與檢測面平行或近似平行的缺陷（板材、鍛件）。主要參數(shù)：頻率、晶片尺寸。11/12/20224.2.4探頭的主要種類種類：11/9/20221284.2.4探頭的主要種類2.接觸式斜探頭共同特點：壓電晶片貼在一斜楔上，晶片于探頭表面成一定傾角。縱波斜探頭（αL＜αⅠ）：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。使用時應注意工件中同時存在的橫波的干擾。橫波斜探頭（αL=αⅠ～αⅡ）：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。表面波探頭（αL≥αⅡ）：入射角在產(chǎn)生瑞利波的臨界角附近，通常比αⅡ略大。結構與橫波斜探頭一樣。用于檢測表面和近表面缺陷。11/12/20224.2.4探頭的主要種類2.接觸式斜探頭11/9/2021294.2.4探頭的主要種類蘭姆波探頭：角度根據(jù)板厚、頻率和所選的蘭姆波模式而定。用于檢測薄板中缺陷?？勺兘翘筋^：入射角可變。入射角變化范圍為0°～70°。11/12/20224.2.4探頭的主要種類蘭姆波探頭：角度根據(jù)板厚、頻率和所1304.2.4探頭的主要種類3.雙晶探頭（分割探頭）分類：雙晶縱波探頭（αL＜αⅠ）、雙晶橫波探頭（αL=αⅠ～αⅡ）。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。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。主要參數(shù)：頻率、晶片尺寸和聲束匯聚區(qū)。11/12/20224.2.4探頭的主要種類3.雙晶探頭（分割探頭）11/1314.2.4探頭的主要種類11/12/20224.2.4探頭的主要種類11/9/20221324.2.4探頭的主要種類4.接觸式聚焦探頭點聚焦──聲透鏡為球面，理想焦點為一點；線聚焦──聲透鏡為柱面，理想焦點為一條線。接觸聚焦：通過薄層耦合介質與工件接觸。接觸聚焦方式：透鏡式聚焦、反射式聚焦和曲面晶片式聚焦。主要參數(shù)：頻率、晶片尺寸和焦距。11/12/20224.2.4探頭的主要種類4.接觸式聚焦探頭11/9/21334.2.4探頭的主要種類5.水浸平探頭和水浸聚焦探頭水浸法：以水為耦合介質，探頭不與工件直接接觸。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(chǎn)生純橫波。水浸聚焦探頭：在水浸平探頭前加上聲透鏡產(chǎn)生聚焦聲束。焦距F與聲透鏡的曲率半徑r之間的關系：11/12/20224.2.4探頭的主要種類5.水浸平探頭和水浸聚焦探頭11344.2.4探頭的主要種類n——透鏡與耦合介質波速比，n=C1/C2。對于有機玻璃和水：F=2.2r聚焦探頭檢測工件時，實際F′會變?。篎′=F－L（C3/C2－1）L——工件中焦點至工件表面的距離；C2——耦合劑中波速；C3——工件中波速。水層厚度：H=F－L·C3/C211/12/20224.2.4探頭的主要種類n——透鏡與耦合介質波速比，n=C1354.2.4探頭的主要種類6.高溫探頭電磁超聲探頭8.爬波探頭爬波：表面下的縱波。當縱波以第一臨界角αⅠ附近的角度入射到界面時，會在第二介質中產(chǎn)生表面下縱波，即爬波。爬波探頭：結構與橫波探頭類似，入射角不同。11/12/20224.2.4探頭的主要種類6.高溫探頭11/9/20221364.2.5探頭型號組成項目：基本頻率──晶片材料──晶片尺寸──探頭種類──特征11/12/20224.2.5探頭型號11/9/2022137探頭表示方法基本頻率晶片材料晶片尺寸探頭種類特征2.5Ｂ20Ｚ直探頭園晶片直徑20ｍｍ鈦酸鋇陶瓷頻率2.5MHz5P6×6Ｋ3Ｋ表示折射角矩形晶片6×6ｍｍ鈦酸鉛陶瓷頻率5MHzＫ值為311/12/2022探頭表示方法基本頻率晶片材料晶片尺寸探頭種類特征2.5Ｂ1384.2探頭根據(jù)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(jù)波束可以分為聚焦探頭與非聚焦探頭。根據(jù)晶片數(shù)可分為單晶片、雙晶片。常用的主要是直探頭與斜探頭11/12/20224.2探頭根據(jù)波型，探頭可分為有縱波探頭、橫波探頭、表面波1394.3耦合劑4.3.1耦合劑的作用超聲耦合：超聲波在檢測面上的聲強透過率。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。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。4.3.2常用耦合劑常用耦合劑：水、甘油、機油、變壓器油、化學糨糊。11/12/20224.3耦合劑4.3.1耦合劑的作用11/9/20221404.4試塊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。4.4.1試塊的分類和作用1.試塊的分類（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)。

用途：用于儀器探頭系統(tǒng)性能測試校準和檢測校準。（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對應。用途：檢測校準以及評估缺陷的當量尺寸。11/12/20224.4試塊按一定用途設計制作的具有簡單幾何形狀人工反射體或1414.4試塊（3）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(xiàn)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(tǒng)檢測能力和檢測工藝。2.人工反射體：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，（1）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K值探頭。通常用于對接焊接接頭等檢測。11/12/20224.4試塊（3）模擬試塊：含模擬缺陷的試塊。是模擬工件中實1424.4試塊（2）短橫孔：在近場區(qū)表現(xiàn)為線狀反射體特征，在遠場區(qū)表現(xiàn)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。（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。（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。11/12/20224.4試塊（2）短橫孔：在近場區(qū)表現(xiàn)為線狀反射體特征，在遠1434.4.2標準試塊1.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。2.常用標準試塊（1）IIW試塊、IIW2試塊——國際標準試塊11/12/20224.4.2標準試塊1.標準試塊的基本要求：材質、加工、1444.4.2標準試塊11/12/20224.4.2標準試塊11/9/20221454.4.2標準試塊（2）1號校準試塊（GB/T19799.1-2005）、CSK-1B試塊（GB11345）——國家標準試塊（3）CSK-1A、CSK-ⅡA、CSK-ⅢA和CSK-ⅣA試塊——專業(yè)（行業(yè)）標準試塊11/12/20224.4.2標準試塊（2）1號校準試塊（GB/T197991464.4.2標準試塊11/12/20224.4.2標準試塊11/9/20221474.