醫(yī)學(xué)教材 超聲檢測(cè)設(shè)備與器材

第四章超聲檢測(cè)設(shè)備和器材超聲檢測(cè)設(shè)備和器材包括超聲波檢測(cè)儀、探頭、試塊、耦合劑和機(jī)械掃查裝置等。儀器和探頭對(duì)超聲檢測(cè)系統(tǒng)的能力起關(guān)鍵性作用。了解其原理、構(gòu)造和作用及其主要性能，是正確選擇檢測(cè)設(shè)備與并進(jìn)行有效檢測(cè)的保證。4.1超聲檢測(cè)儀是超聲檢測(cè)的主體設(shè)備，作用是產(chǎn)生電振蕩并施加于換能器上，激勵(lì)探頭反射超聲波，同時(shí)接收來自于探頭的電信號(hào)，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(guān)缺陷的信息。10/25/2024第四章超聲檢測(cè)設(shè)備和器材4.1.1超聲檢測(cè)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(cè)儀：發(fā)射頻率不變（或在小范圍內(nèi)周期性變化）的超聲連續(xù)波，根據(jù)透過工件的超聲波強(qiáng)度變化判斷工件中有無缺陷及缺陷大小。10/25/2024第四章超聲檢測(cè)設(shè)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(diào)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(cè)厚儀(3)脈沖波的幅度和運(yùn)行時(shí)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(shí)間很短的電脈沖，激勵(lì)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(hào)，通過檢測(cè)信號(hào)的返回時(shí)間和幅度判斷是否存在缺陷及缺陷大小等情況。10/25/20244.1.1超聲檢測(cè)儀的分類按照接收信號(hào)：反射式、衍射式按照信號(hào)顯示方式：A型顯示、成像顯示按照信號(hào)處理技術(shù)：模擬、數(shù)字按照超聲波的通道數(shù)：?jiǎn)瓮ǖ?、雙通道、多通道2.A型顯示、B型顯示和C型顯示10/25/2024A型顯示A型顯示是一種波形顯示，屏幕的橫坐標(biāo)代表聲波的傳播時(shí)間（或距離），縱坐標(biāo)代表反射波的聲壓幅度?？梢哉J(rèn)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(diǎn)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(diǎn)：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。10/25/2024A型顯示10/25/2024B型顯示B型顯示顯示的是試件縱斷面的一個(gè)二維截面圖，屏幕縱坐標(biāo)代表探頭在探測(cè)面上沿一直線移動(dòng)掃查的位置坐標(biāo)，橫坐標(biāo)是聲傳播的時(shí)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。10/25/2024C型顯示C型顯示顯示的是試件橫斷面的一個(gè)平面投影圖，探頭在試件表面做二維掃查，屏幕的二維坐標(biāo)對(duì)應(yīng)探頭的掃查位置。探頭在每一位置接收的信號(hào)幅度以光點(diǎn)輝度表示。該方式可形象地顯示工件內(nèi)部缺陷的平面投影圖像，若以各點(diǎn)的亮度代表回波傳播時(shí)間，則也可得到缺陷深度分布。

10/25/20244.1.2模擬超聲波檢測(cè)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(jié)構(gòu)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。10/25/20244.1.2模擬超聲波檢測(cè)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(shí)間上協(xié)調(diào)一致工作。重復(fù)頻率：每秒鐘內(nèi)發(fā)射同步脈沖的次數(shù)。重復(fù)頻率的選擇：視被檢工件厚度進(jìn)行調(diào)節(jié)。厚度大，使用較低的重復(fù)頻率；厚度小，可使用較高的重復(fù)頻率。幻象波：高重復(fù)頻率使兩次脈沖間隔時(shí)間變短，使未充分衰減的多次反射進(jìn)入下一周期，形成的波形。10/25/20242.儀器主要組成部分的作用(2)掃描電路（時(shí)基電路）作用：產(chǎn)生鋸齒波電壓，施加到示波管水平偏轉(zhuǎn)板上，使顯示管熒光屏上的光點(diǎn)沿水平方向從左向右作等速移動(dòng)，產(chǎn)生一條水平掃描時(shí)基線。時(shí)基線調(diào)節(jié)：測(cè)量范圍（聲速）粗調(diào)和細(xì)調(diào)：改變屏幕上顯示的時(shí)間（距離）范圍的大小，實(shí)質(zhì)是調(diào)節(jié)掃描速度（鋸齒波的斜率）。延遲：調(diào)節(jié)屏幕上顯示的時(shí)間范圍的起點(diǎn)，即時(shí)基電路觸發(fā)的延遲時(shí)間。將同步信號(hào)延遲一段時(shí)間后觸發(fā)掃描電路，使掃描延遲一段時(shí)間開始。10/25/20242.儀器主要組成部分的作用掃描電路10/25/20242.儀器主要組成部分的作用(3)發(fā)射電路作用：電脈沖信號(hào)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(diào)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(diào)諧到與探頭的固有頻率相一致。非調(diào)諧式：發(fā)射一短脈沖（尖脈沖或方波），脈沖頻帶較寬，可適應(yīng)不同頻帶范圍的探頭。10/25/20242.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(diào)節(jié)發(fā)射脈沖的電壓幅度和脈沖寬度。10/25/20242.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(hào)進(jìn)行放大、檢波后輸至顯示電路。接收電路性能影響檢測(cè)儀的垂直線性、動(dòng)態(tài)范圍、探傷靈敏度、分辨率等技術(shù)指標(biāo)。組成：衰減器、高頻放大器、檢波器和視頻放大器等。衰減器：對(duì)信號(hào)幅度定量調(diào)節(jié)，給出不同信號(hào)幅度差的精確讀數(shù)，用于不同信號(hào)幅度的比較；將超出顯示器幅度范圍的過大信號(hào)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(hào)進(jìn)行放大。檢波電路：將探頭接收到的射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成視頻信號(hào)，以檢波的形式顯示。10/25/20242.儀器主要組成部分的作用全波檢波：將視頻信號(hào)正、負(fù)半周的信號(hào)均轉(zhuǎn)換成正電壓信號(hào)；正檢波：將視頻信號(hào)正半周的信號(hào)均轉(zhuǎn)換成正電壓信號(hào)；負(fù)檢波：將視頻信號(hào)負(fù)半周的信號(hào)均轉(zhuǎn)換成正電壓信號(hào)。10/25/20242.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(hào)截去，不在顯示屏上顯示。使用抑制時(shí)，儀器的垂直線性和動(dòng)態(tài)范圍均會(huì)下降。阻塞：使用單晶片探頭以脈沖反射法進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，發(fā)射脈沖在激勵(lì)探頭的同時(shí)也直接進(jìn)入接收電路，形成始波。由于發(fā)射脈沖電壓很高，在短時(shí)間內(nèi)放大器的放大量會(huì)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(shí)間范圍內(nèi)，所要求發(fā)現(xiàn)的缺陷往往不能發(fā)現(xiàn)。這段時(shí)間所對(duì)應(yīng)的入射面進(jìn)入試件的深度距離，稱為盲區(qū)。10/25/20242.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(cè)圖形。(6)電源電路：給檢測(cè)儀各部分電路提供適當(dāng)?shù)碾娔堋?0/25/20243.儀器主要開關(guān)旋鈕的作用及調(diào)整發(fā)射部分工作方式選擇：選擇檢測(cè)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(qiáng)度：改變儀器發(fā)射脈沖功率（發(fā)射強(qiáng)度）。重復(fù)頻率：調(diào)節(jié)脈沖重復(fù)頻率，改變發(fā)射電路每秒鐘發(fā)射脈沖的次數(shù)。10/25/20243.儀器主要開關(guān)旋鈕的作用及調(diào)整接收部分

衰減器(粗、細(xì))：調(diào)節(jié)檢測(cè)靈敏度和測(cè)量回波幅度。增益(增益細(xì)調(diào))：改變接收放大器的放大倍數(shù)，連續(xù)改變檢測(cè)儀的靈敏度。抑制：抑制熒光屏上幅度較低的或認(rèn)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(cè)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(guān)：選擇射頻、全波檢波、正檢波和負(fù)檢波顯示方式；10/25/20243.儀器主要開關(guān)旋鈕的作用及調(diào)整時(shí)基線部分

深度范圍(粗調(diào))：粗調(diào)掃描線所代表的探測(cè)范圍，可較大幅度改變時(shí)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(kuò)展。深度細(xì)調(diào)：精確調(diào)整探測(cè)范圍，可連續(xù)改變時(shí)間掃描線的掃描速度，使熒光屏上回波間距在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化。延遲、水平(零位)：調(diào)節(jié)開始脈沖時(shí)刻與開始掃描時(shí)刻之間的時(shí)間差。使掃描線上的回波位置大幅度左右移動(dòng)，而不改變回波之間的間距。10/25/20243.儀器主要開關(guān)旋鈕的作用及調(diào)整顯示部分

輝度：調(diào)節(jié)波形的亮度；聚焦：調(diào)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(dòng)時(shí)基線。10/25/20244.1.3數(shù)字式超聲檢測(cè)儀計(jì)算機(jī)技術(shù)和超聲檢測(cè)儀技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。數(shù)字式超聲檢測(cè)儀為發(fā)射、接收電路的參數(shù)控制和接收信號(hào)的處理、顯示均采用數(shù)字化方式的儀器。10/25/20244.1.3數(shù)字式超聲檢測(cè)儀1.數(shù)字式超聲檢測(cè)儀與模擬式超聲檢測(cè)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(hào)放大到一定程度后，數(shù)字式儀器由?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字信號(hào)，由微處理器進(jìn)行處理后，在顯示器上顯示。數(shù)字式儀器的顯示是二維點(diǎn)陣式，由微處理器通過程序來控制顯示器實(shí)現(xiàn)逐行逐點(diǎn)掃描；模擬式儀器是由單行掃描線經(jīng)幅度調(diào)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(diào)。10/25/20244.1.3數(shù)字式超聲檢測(cè)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(jī)對(duì)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(hào)控制各電路；模擬式儀器由操作者直接撥動(dòng)開關(guān)對(duì)儀器的電路進(jìn)行調(diào)整。數(shù)字式儀器的控制參數(shù)可以存貯和調(diào)用，方便檢測(cè)過程的重復(fù)再現(xiàn)；可提供檢測(cè)波形記錄與存貯等附加功能。10/25/20244.1.3數(shù)字式超聲檢測(cè)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(zhuǎn)換、信號(hào)處理和顯示部分。其性能決定顯示的信號(hào)是否失真，主要參數(shù)有?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換頻率、字長(zhǎng)和存儲(chǔ)深度，以及顯示器的刷新頻率。?！獢?shù)轉(zhuǎn)換（A/D轉(zhuǎn)換）：通過對(duì)連續(xù)變化的模擬信號(hào)進(jìn)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(hào)的最高頻率。10/25/20244.1.3數(shù)字式超聲檢測(cè)儀字長(zhǎng)：決定幅度讀數(shù)的精度。存儲(chǔ)深度（數(shù)據(jù)長(zhǎng)度）與采樣頻率決定檢測(cè)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。10/25/20244.1.3數(shù)字式超聲檢測(cè)儀2.數(shù)字式超聲檢測(cè)儀的優(yōu)勢(shì)與問題優(yōu)勢(shì)：方便超聲信號(hào)的存儲(chǔ)、記錄、再現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)超聲檢測(cè)缺乏永久記錄的缺點(diǎn)；方便信號(hào)的分析和處理，可從接收的信號(hào)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(cè)參數(shù)可以存儲(chǔ)、檢測(cè)過程的重現(xiàn)。問題：模—數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣頻率、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、顯示器的分辨率、刷新速度等帶來的信號(hào)失真，可能對(duì)檢測(cè)信號(hào)的評(píng)價(jià)帶來一定的影響。10/25/20244.1.4儀器的維修保養(yǎng)見83頁10/25/2024超聲波探傷儀探傷儀10/25/20244.1.5超聲波測(cè)厚儀1.共振式測(cè)厚儀超聲波（連續(xù)波）垂直入射到平板工件底面，全反射。當(dāng)工件厚度為δ=λ/2的整數(shù)倍時(shí),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(guān)系為:當(dāng)n=1時(shí),f為工件的基頻。測(cè)得兩個(gè)相鄰的共振頻率后，可由下式得到工件的厚度：10/25/20244.1.5超聲波測(cè)厚儀

共振式測(cè)厚儀可測(cè)厚度下限小，最小可達(dá)0.1mm；測(cè)試精度較高。可達(dá)0.1%。10/25/20244.1.5超聲波測(cè)厚儀2.脈沖反射式測(cè)厚儀通過測(cè)量超聲波在工件上下底面之間往返一次傳播的時(shí)間來求得工件的厚度：

測(cè)量往返時(shí)間t的兩種方法：（1）測(cè)量發(fā)射脈沖T與第一次底波B1之間的時(shí)間。發(fā)射脈沖寬度大，盲區(qū)大，測(cè)量下限受限制，約1～1.5mm。（2）測(cè)量第一次底波B1與第二次底波B2之間的時(shí)間或任意兩次相鄰底波之間的時(shí)間。底波脈沖寬度窄，盲區(qū)小，測(cè)量下限小。最小可達(dá)0.25mm。10/25/20244.1.5超聲波測(cè)厚儀10/25/20244.1.5超聲波測(cè)厚儀3.蘭姆波測(cè)厚儀當(dāng)超聲波頻率、入射角與工件厚度成一定關(guān)系時(shí)，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(cè)定工件厚度。10/25/20244.1.5超聲波測(cè)厚儀4.測(cè)厚儀的調(diào)整和使用調(diào)整要點(diǎn)：（1）測(cè)厚前，先校準(zhǔn)儀器的下限和線性。測(cè)量下限用一塊厚度為下限的試塊來校準(zhǔn)；線性用厚度不同的試塊來校正。（2）選擇測(cè)厚方法。根據(jù)工件厚度和精度要求來選擇探頭。10/25/20244.2探頭超聲換能器：將其他形式能量轉(zhuǎn)換成超音頻振動(dòng)形式能量的器件可用來發(fā)射超聲波，具有可逆效應(yīng)時(shí)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(cè)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(cè)的能力和效果。10/25/20244.2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(guān)鍵部件。

壓電晶片作用：將電能轉(zhuǎn)換成聲能，并將聲能轉(zhuǎn)換成電能。10/25/20244.2.1壓電效應(yīng)和壓電材料正壓電效應(yīng)（聲能→電能）：某些晶體材料在交變拉壓應(yīng)力的作用下，產(chǎn)生交變電場(chǎng)的效應(yīng)；逆壓電效應(yīng)（電能→聲能）：當(dāng)晶體材料在交變電場(chǎng)作用下，產(chǎn)生伸縮變形的效應(yīng)。壓電效應(yīng)：正、逆壓電效應(yīng)的統(tǒng)稱。壓電材料：具有壓電效應(yīng)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(yīng)的機(jī)理與其特定方向上的原子排列方式有關(guān)。壓電多晶體是各向同性的。為了使整個(gè)晶片具有壓電效應(yīng)，必須對(duì)陶瓷多晶體進(jìn)行極化處理。10/25/20244.2.2壓電材料的主要性能參數(shù)1.壓電應(yīng)變常數(shù)d33：在壓電晶體上施加單位電壓時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)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(yīng)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)。10/25/20244.2.2壓電材料的主要性能參數(shù)3.介電常數(shù)ε：介質(zhì)的介電性質(zhì)。ε=Ct/A4.機(jī)電耦合系數(shù)K:表示壓電材料機(jī)械能（聲能）與電能之間的轉(zhuǎn)換效率。

正壓電效應(yīng)：逆壓電效應(yīng)：

10/25/20244.2.2壓電材料的主要性能參數(shù)5.機(jī)械品質(zhì)因子θm：壓電晶片在諧振時(shí)儲(chǔ)存的機(jī)械能E儲(chǔ)與在一個(gè)周期內(nèi)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(lì)下產(chǎn)生共振的條件。10/25/20244.2.2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(yīng)消失的溫度。超聲波探頭對(duì)晶片的要求：機(jī)電耦合系數(shù)K較大，以便獲得較高的轉(zhuǎn)換效率。機(jī)械品質(zhì)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(yīng)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(dāng)。10/25/20244.2.3探頭的結(jié)構(gòu)壓電換能器探頭由壓電晶片、阻尼塊、接頭、電纜線、保護(hù)膜和外殼組成。斜探頭有一個(gè)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(shí)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(chǎng)的強(qiáng)度、距離波幅特性和指向性。晶片制作質(zhì)量關(guān)系到探頭的聲場(chǎng)對(duì)稱型、分辨力、信噪比等特性。10/25/20244.2.3探頭的結(jié)構(gòu)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(duì)壓電晶片的振動(dòng)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(duì)晶片起支承作用。3.保護(hù)膜保護(hù)壓電晶片不致磨損和損壞。分硬、軟保護(hù)膜。4.斜楔使超聲波傾斜入射到檢測(cè)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10/25/20244.2.4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：?jiǎn)尉А㈦p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(cè)。主要用于檢測(cè)與檢測(cè)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。10/25/20244.2.4探頭的主要種類2.接觸式斜探頭共同特點(diǎn)：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(jìn)行缺陷檢測(cè)；利用縱波穿透能力強(qiáng)的特點(diǎn)進(jìn)行縱波斜入射檢測(cè)。使用時(shí)應(yīng)注意工件中同時(shí)存在的橫波的干擾。橫波斜探頭（αL=αⅠ～αⅡ）：折射波為純橫波。結(jié)構(gòu)為直探頭加斜楔。主要用于檢測(cè)與探測(cè)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(jié)構(gòu)與橫波斜探頭一樣。用于檢測(cè)表面和近表面缺陷。10/25/20244.2.4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(cè)薄板中缺陷?？勺兘翘筋^：入射角可變。入射角變化范圍為0°～70°。10/25/20244.2.4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(jié)構(gòu)：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(diǎn)：靈敏度高、雜波少盲區(qū)小、工件中近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度小、探測(cè)范圍可調(diào)。主要用于檢測(cè)近表面缺陷和已知缺陷的定點(diǎn)測(cè)量。主要參數(shù)：頻率、晶片尺寸和聲束匯聚區(qū)。10/25/20244.2.4探頭的主要種類10/25/20244.2.4探頭的主要種類4.接觸式聚焦探頭點(diǎn)聚焦──聲透鏡為球面，理想焦點(diǎn)為一點(diǎn)；線聚焦──聲透鏡為柱面，理想焦點(diǎn)為一條線。接觸聚焦：通過薄層耦合介質(zhì)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。10/25/20244.2.4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(zhì)，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(dāng)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(guān)系：10/25/20244.2.4探頭的主要種類n——透鏡與耦合介質(zhì)波速比，n=C1/C2。對(duì)于有機(jī)玻璃和水：F=2.2r聚焦探頭檢測(cè)工件時(shí)，實(shí)際F′會(huì)變?。篎′=F－L（C3/C2－1）L——工件中焦點(diǎn)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/C210/25/20244.2.4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(dāng)縱波以第一臨界角αⅠ附近的角度入射到界面時(shí)，會(huì)在第二介質(zhì)中產(chǎn)生表面下縱波，即爬波。爬波探頭：結(jié)構(gòu)與橫波探頭類似，入射角不同。10/25/20244.2.5探頭型號(hào)組成項(xiàng)目：基本頻率──晶片材料──晶片尺寸──探頭種類──特征10/25/2024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2.5MHz

5P6×6Ｋ3Ｋ表示折射角矩形晶片6×6ｍｍ鈦酸鉛陶瓷頻率5MHzＫ值為310/25/20244.2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10/25/20244.3耦合劑4.3.1耦合劑的作用超聲耦合：超聲波在檢測(cè)面上的聲強(qiáng)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(cè)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(dá)到檢測(cè)目的。4.3.2常用耦合劑常用耦合劑：水、甘油、機(jī)油、變壓器油、化學(xué)糨糊。10/25/20244.4試塊按一定用途設(shè)計(jì)制作的具有簡(jiǎn)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(biāo)準(zhǔn)試塊：由權(quán)威機(jī)構(gòu)制定的試塊，其特性與制作要求有專門的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。通常具有規(guī)定的材質(zhì)、形狀、尺寸及表面狀態(tài)。

用途：用于儀器探頭系統(tǒng)性能測(cè)試校準(zhǔn)和檢測(cè)校準(zhǔn)。（2）對(duì)比試塊：以特定方法檢測(cè)特定工件時(shí)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(xué)特性相似，其外形尺寸應(yīng)能代表被檢工件的特征，試塊厚度應(yīng)與被檢工件的厚度相對(duì)應(yīng)。用途：檢測(cè)校準(zhǔn)以及評(píng)估缺陷的當(dāng)量尺寸。10/25/20244.4試塊（3）模擬試塊：含模擬缺陷的試塊。是模擬工件中實(shí)際缺陷而制作的樣件，或在以往檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)含自然缺陷的樣件。

用途：檢測(cè)方法研究、評(píng)價(jià)和驗(yàn)證儀器探頭系統(tǒng)檢測(cè)能力和檢測(cè)工藝。2.人工反射體：試塊中的人工反射體應(yīng)按其使用目的選擇，應(yīng)盡可能與需檢測(cè)的缺陷特征接近，（1）橫通孔和長(zhǎng)橫孔：具有軸對(duì)稱特點(diǎn)，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(duì)接焊接接頭等檢測(cè)。10/25/20244.4試塊（2）短橫孔：在近場(chǎng)區(qū)表現(xiàn)為線狀反射體特征，在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)表現(xiàn)為點(diǎn)狀反射體特征。適用于各種K值探頭。通常用于對(duì)接焊接接頭等檢測(cè)。（3）平底孔：具有點(diǎn)狀面積型反射體的特點(diǎn)，主要用于鍛件、鋼板、對(duì)接焊接接頭等檢測(cè)。（4）V形槽和其他切割槽：具有表面開口的線性缺陷的特點(diǎn)，適用于鋼管等工件橫波檢測(cè)。10/25/20244.4.2標(biāo)準(zhǔn)試塊1.標(biāo)準(zhǔn)試塊的基本要求：材質(zhì)、加工、聲學(xué)性能。試塊的平行度、垂直度、粗糙度和尺寸精度。2.常用標(biāo)準(zhǔn)試塊（1）IIW試塊、IIW2試塊——國際標(biāo)準(zhǔn)試塊10/25/20244.4.2標(biāo)準(zhǔn)試塊10/25/20244.4.2標(biāo)準(zhǔn)試塊（2）1號(hào)校準(zhǔn)試塊（GB/T19799.1-2005）、CSK-1B試塊（GB11345）

——國家標(biāo)準(zhǔn)試塊（3）CSK-1A、CSK-ⅡA、CSK-ⅢA和CSK-ⅣA試塊

——專業(yè)（行業(yè)）標(biāo)準(zhǔn)試塊10/25/20244.4.2標(biāo)準(zhǔn)試塊10/25/20244.4.3對(duì)比試塊1.對(duì)比試塊的基本要求（1）材料的透聲性、聲速、聲衰減等應(yīng)盡可能與被檢工件相同或相近；（2）外形應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單，并能代表被檢工件的特征，厚度與被檢工件的厚度相對(duì)應(yīng)，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。10/25/20244.4.3對(duì)比試塊2.常用對(duì)比試塊（1）JB/T4730.3-2005標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的對(duì)比試塊：a.鋼板橫波檢測(cè)對(duì)比試塊；b.鍛件橫波檢測(cè)對(duì)比試塊；c.無縫鋼管橫波檢測(cè)用對(duì)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(cè)對(duì)比試塊；e.T形焊接接頭超聲檢測(cè)對(duì)比試塊；f.鋁焊接接頭超聲檢測(cè)對(duì)比試塊；g.鋼制壓力管道和管子焊接接頭超聲檢測(cè)對(duì)比試塊；h.鋁及鋁合金壓力管道和管子焊接接頭超聲檢測(cè)對(duì)比試塊；i.鈦焊接接頭超聲檢測(cè)對(duì)比試塊；j.T1、T2、T3型堆焊層超聲檢測(cè)對(duì)比試塊；k.奧氏體不銹鋼對(duì)接接頭對(duì)比試塊。10/25/20244.4.3對(duì)比試塊（2）半圓試塊10/25/20244.4.3對(duì)比試塊（3）無縫鋼管對(duì)比試塊10/25/20244.4.3對(duì)比試塊（4）RB-1、2、3試塊

(GB11345)10/25/20244.4.4模擬試塊模擬試塊的基本要求（1）材料應(yīng)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(shí)際缺陷而制作的樣件，或在以往檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)含自然缺陷的樣件。10/25/2024試塊10/25/20244.5儀器和探頭的性能及其測(cè)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(cè)儀、探頭的主要性能及其組合性能超聲檢測(cè)儀的主要性能

脈沖發(fā)射部分

接收部分（包括與示波器結(jié)合的性能）脈沖重復(fù)頻率垂直線性發(fā)射脈沖頻譜頻率響應(yīng)發(fā)射電壓（發(fā)射脈沖寬度）噪聲電平脈沖上升時(shí)間最大使用靈敏度脈沖持續(xù)時(shí)間衰減器精度垂直偏轉(zhuǎn)極限垂直線性范圍動(dòng)態(tài)范圍10/25/20244.5儀器和探頭的性能及其測(cè)試

時(shí)基部分

數(shù)字超聲儀器額外的性能

（包括與示波器結(jié)合的性能）水平線性數(shù)字采樣率和采樣位數(shù)水平偏轉(zhuǎn)極限