1、超声检查主题医学知识超声波的产生和收发超声波的产生和收发 超声波是由超声波探伤超声波是由超声波探伤仪产生电振动并施加于探头，仪产生电振动并施加于探头，利用其晶片的压电效应而获得。利用其晶片的压电效应而获得。探头主要由保护膜，压电晶片探头主要由保护膜，压电晶片和吸收块等组成。和吸收块等组成。1一保护膜一保护膜 2一压电晶片一压电晶片 3一一吸收块吸收块 4匹配电感匹配电感2超声检查主题医学知识 由压电材料切割成薄片制成，由压电材料切割成薄片制成，材料分单晶材料分单晶(石英、硫酸锂和碘石英、硫酸锂和碘酸锂等酸锂等)和多晶和多晶(钛酸钡、钛酸铅钛酸钡、钛酸铅和锆钛酸铅等压电陶瓷和锆钛酸铅等压电陶瓷)
2、两大类。两大类。晶片两表面敷有银层作电极，晶片两表面敷有银层作电极，“”“”极引出的导线接发射端极引出的导线接发射端，“+”“+”极接地。极接地。压电晶片压电晶片2 23超声检查主题医学知识由环氧树脂、硬化剂由环氧树脂、硬化剂(-(-二乙烯三二乙烯三胺或乙二胺胺或乙二胺)，增塑剂，增塑剂(邻苯二甲邻苯二甲酸二丁酸二丁)，橡胶液和钨粉等浇铸在，橡胶液和钨粉等浇铸在“极上。其作用是吸收杂波，极上。其作用是吸收杂波，并使晶片在激励电脉冲结束时将并使晶片在激励电脉冲结束时将声能很快损耗掉而停止振动，以声能很快损耗掉而停止振动，以便接收反射声波。吸收块又称阻便接收反射声波。吸收块又称阻尼块。尼块。吸收块
3、吸收块3 34超声检查主题医学知识可使压电晶片免于和可使压电晶片免于和工件直接接触受磨损，工件直接接触受磨损，其中软膜其中软膜(耐磨橡胶，耐磨橡胶，塑料塑料等）用于粗糙表面的等）用于粗糙表面的工件，硬膜工件，硬膜(不锈钢不锈钢片，刚玉片、环氧树片，刚玉片、环氧树脂等脂等)声能量损失小，声能量损失小，比软膜应用广。比软膜应用广。保护膜保护膜1 15超声检查主题医学知识对于压电陶瓷晶片制成的探对于压电陶瓷晶片制成的探头，其电气阻抗匹配是很重头，其电气阻抗匹配是很重要的加入与晶片并联的匹要的加入与晶片并联的匹配配电感（或电阻电感（或电阻)可使探头与仪可使探头与仪器的发射电路匹配，以提高器的发射电路匹
4、配，以提高发射效率。匹配电感（或电发射效率。匹配电感（或电阻）有时也装在仪器内部阻）有时也装在仪器内部匹配电感匹配电感4 46超声检查主题医学知识 当高频电压加于晶片两面电当高频电压加于晶片两面电极上时，由于逆压电效应，晶片极上时，由于逆压电效应，晶片会在厚度方向产生伸缩变形的机会在厚度方向产生伸缩变形的机械振动。若晶片与工件表面耦合械振动。若晶片与工件表面耦合良好，机械振动就以超声波形式良好，机械振动就以超声波形式传播进去，这就是发射。反之，传播进去，这就是发射。反之，当晶片受到超声波作用当晶片受到超声波作用(遇到异质遇到异质界面反射回来界面反射回来)而发生伸缩变形时，而发生伸缩变形时，正压
5、电效应又会使晶片两表面产正压电效应又会使晶片两表面产生不同极性电荷，形成超声频率生不同极性电荷，形成超声频率的高频电压，这就是接收。的高频电压，这就是接收。利用压电效应使探头利用压电效应使探头(压电晶片压电晶片)发射或接收超声波，就使发现缺发射或接收超声波，就使发现缺陷陷成为可能。因此探头成为可能。因此探头(压压电晶片电晶片)是一较为理想的是一较为理想的电声换能器。电声换能器。发射与接收发射与接收7超声检查主题医学知识超声波的性质超声波的性质 超声波在介质中传播也超声波在介质中传播也有纵波（有纵波（L L）、）、横波横波(S)S)、表面波表面波。分析：分析：=C/f =C/f 可见声波频率愈高
6、波长愈短。可见声波频率愈高波长愈短。因此存在极小的障碍就会出现反因此存在极小的障碍就会出现反射，故超声波探伤具有较高的灵射，故超声波探伤具有较高的灵敏度。敏度。横波仅在固体中传播。横波仅在固体中传播。能在弹性介质中传播，不能能在弹性介质中传播，不能在真空中传播。探伤中将空气介在真空中传播。探伤中将空气介质作为真空处理。质作为真空处理。1 1、波型及传播介质、波型及传播介质 8超声检查主题医学知识2 2、良好的指向性（、良好的指向性（1 1）直线性）直线性 超声波的波长很短超声波的波长很短(毫米数量级毫米数量级)，因此它，因此它在弹性介质中能象光波一样沿直线传播，并符在弹性介质中能象光波一样沿直
7、线传播，并符合几何光学规律。由于声速对固定介质来讲是合几何光学规律。由于声速对固定介质来讲是个常数，因此根据传播时间可求得其传播距离，个常数，因此根据传播时间可求得其传播距离，从而为探伤中缺陷定位提供了依据。从而为探伤中缺陷定位提供了依据。S=CS=C*t t9超声检查主题医学知识 声源发出的超声波能声源发出的超声波能集中在一定区域（超声场）集中在一定区域（超声场）定向辐射。以圆形压电晶定向辐射。以圆形压电晶片在液体介质中以脉冲波片在液体介质中以脉冲波形式发射的纵波超声场为形式发射的纵波超声场为例，超声波的能量主要集例，超声波的能量主要集中在中在2 2以内的锥形区域内，以内的锥形区域内，越小，
8、波束指向性越好，越小，波束指向性越好，超声波能量集中，探伤灵超声波能量集中，探伤灵敏度高，分辨力高和定位敏度高，分辨力高和定位精确。精确。半扩散角半扩散角(）波长波长(mm)D压电晶片直径压电晶片直径(mm)上式表明，波长越短上式表明，波长越短(或超声频率越或超声频率越高高)，声束指向性越好。压电晶片直，声束指向性越好。压电晶片直径越大，声束指向性也越好。径越大，声束指向性也越好。arc sin1.22/Darc sin1.22/D10超声检查主题医学知识 NDND2 2/4/4 N-N-近场区长度近场区长度(mm)mm)近场区中由于波的干涉声压起伏很大，这会使处于近场区中由于波的干涉声压起伏
9、很大，这会使处于声压极大值处的较小缺陷回波较高，而处于声压极小值声压极大值处的较小缺陷回波较高，而处于声压极小值处的较大缺陷却回波较低，这必将引起误判。因此，超处的较大缺陷却回波较低，这必将引起误判。因此，超声波探伤中总是尽量避免在近场区定量。声波探伤中总是尽量避免在近场区定量。轴线上的声压分布轴线上的声压分布 声速近场长度声速近场长度(2)(2)束射性近场长度束射性近场长度11超声检查主题医学知识(2)束射性纵截面声压分布束射性纵截面声压分布 超声场中不同纵截面上的声压分布不同。而当超声场中不同纵截面上的声压分布不同。而当XN(xXN(x一距压电晶片表面的一距压电晶片表面的距离距离)的各纵截
10、面中心声压最高，偏离中心轴线的声压逐渐降低。实际探伤中测的各纵截面中心声压最高，偏离中心轴线的声压逐渐降低。实际探伤中测定探头波束轴线的偏离程度时，规定在定探头波束轴线的偏离程度时，规定在N N以外就是这个原因。以外就是这个原因。未扩散区未扩散区(b b 1.64N)1.64N)内，波阵面近似平面，声场可看成是平面波声场，平内，波阵面近似平面，声场可看成是平面波声场，平均声压基本不变，扩散区其主波束可视为底面直径为均声压基本不变，扩散区其主波束可视为底面直径为D D的截头园锥体，当的截头园锥体，当X=3NX=3N时时波束按球面波规律扩散。波束按球面波规律扩散。实际焊缝探伤中所用的常是金属介质中
11、的脉冲波横波声场实际焊缝探伤中所用的常是金属介质中的脉冲波横波声场(简称实际声场简称实际声场)这这要比以上分析的理想声场复杂的多，但二者有其基本相似之处。要比以上分析的理想声场复杂的多，但二者有其基本相似之处。12超声检查主题医学知识3 3、界面透射与绕射、界面透射与绕射 超声波从一种介质入射到另一种介超声波从一种介质入射到另一种介质时，经过异质界面将产生垂直入射异质时，经过异质界面将产生垂直入射异质界面时的透射、反射和绕射。质界面时的透射、反射和绕射。当超声波从一种介质垂直入射到第当超声波从一种介质垂直入射到第二种介质上时，其能量一部分反射而形二种介质上时，其能量一部分反射而形成与入射波方向
12、相反的反射波。成与入射波方向相反的反射波。13超声检查主题医学知识 其余能量则透过界面产生一与入射波方向其余能量则透过界面产生一与入射波方向相同的透射波。相同的透射波。显然，异质界面上的反射是很严重的，显然，异质界面上的反射是很严重的，尤其固一气界面反射系数尤其固一气界面反射系数K=WK=W反反/W W入入可达可达100%100%，因此，探伤中良好的耦合是一必要，因此，探伤中良好的耦合是一必要条件。条件。当然，焊缝与其中缺陷构成的异质界当然，焊缝与其中缺陷构成的异质界面也正因为有极大的反射才使探伤成为可面也正因为有极大的反射才使探伤成为可能。能。14超声检查主题医学知识绕射绕射 当界面尺寸当界
13、面尺寸d df f很小时，声波很小时，声波将能绕过其边缘继续前进，即将能绕过其边缘继续前进，即产生波的绕射。由于绕射还使产生波的绕射。由于绕射还使反射回波减弱。反射回波减弱。一般认为超声波探伤中能一般认为超声波探伤中能探测到的最小缺陷尺寸为探测到的最小缺陷尺寸为 d df f 2 2，要想能探测到更小的缺要想能探测到更小的缺陷，就必须要提高超声波的频陷，就必须要提高超声波的频率。率。15超声检查主题医学知识4、界面反射、折射与波形转换界面反射、折射与波形转换 按几何光学原理，不同波形的按几何光学原理，不同波形的声波入射角、反射角、折射角有如声波入射角、反射角、折射角有如下关系：下关系：从公式可
14、知，当入射角增大时，折射角和从公式可知，当入射角增大时，折射角和反射角随之增大。从图看出，当纵波折射角反射角随之增大。从图看出，当纵波折射角 为为9090时，在第时，在第I II I介质内只传播横波，这时介质内只传播横波，这时的声波入射角称第一临界角。的声波入射角称第一临界角。当横波折射角为当横波折射角为9090 时，在第时，在第I I介质和第介质和第介质的界面上产生表面波的传播，这时的声波介质的界面上产生表面波的传播，这时的声波入射角称第二临界角。入射角称第二临界角。16超声检查主题医学知识4、界面反射、折射与波形转换界面反射、折射与波形转换 在进行焊缝超声波探伤在进行焊缝超声波探伤时，第时
15、，第I I介质为探头的有机介质为探头的有机玻璃或环氧树脂，第玻璃或环氧树脂，第介介质为钢材，则有：质为钢材，则有：17超声检查主题医学知识4、界面反射、折射与波形转换界面反射、折射与波形转换由第一、二临界角的物理意义可知：由第一、二临界角的物理意义可知：1)1)当当 2m2m 时，第时，第I I介质中既无折射纵波又无折射介质中既无折射纵波又无折射横波，但这时在第横波，但这时在第介质表面形成表面波，这是常用表面介质表面形成表面波，这是常用表面波探头的设计原理和依据。波探头的设计原理和依据。因为超声波进入介质后有产生折射的性质，所以如同因为超声波进入介质后有产生折射的性质，所以如同光线一样，可利用
16、透镜产生聚焦性能。光线一样，可利用透镜产生聚焦性能。18超声检查主题医学知识5、穿透性与衰减性穿透性与衰减性 由于超声波能量很大，穿透能力强。由于超声波能量很大，穿透能力强。在大多数介质中（尤其是在钢等金属中）在大多数介质中（尤其是在钢等金属中）传播损失小，传播距离大。可达数米。传播损失小，传播距离大。可达数米。无毒、害作用。无毒、害作用。19超声检查主题医学知识衰减性衰减性三方面原因引起：三方面原因引起：1 1、散射：由声波在不均匀和、散射：由声波在不均匀和各向异性的金属晶粒上产生折射，各向异性的金属晶粒上产生折射，反射及波形转换所致。一般认为：反射及波形转换所致。一般认为：f f越高，晶粒
17、尺寸越大，散射引起越高，晶粒尺寸越大，散射引起的衰减越大。的衰减越大。实际探伤中，由于奥氏体钢实际探伤中，由于奥氏体钢焊缝晶粒粗大，衰减严重，在示焊缝晶粒粗大，衰减严重，在示波屏上形成波屏上形成“草状回波草状回波”显著降显著降低探伤信噪比。因此，探测晶粒低探伤信噪比。因此，探测晶粒粗大工件，选用较低工作频率。粗大工件，选用较低工作频率。20超声检查主题医学知识衰减性衰减性 2)2)吸收吸收 超声波传播时，介质质点间产生相对运动，超声波传播时，介质质点间产生相对运动，互相摩擦使部分声能转换为热能，通过热传导引起衰减。对互相摩擦使部分声能转换为热能，通过热传导引起衰减。对于金属介质的吸收衰减与散射
18、衰减相比，几乎可略去不计，于金属介质的吸收衰减与散射衰减相比，几乎可略去不计，但对于液体介质吸收衰减则是主要的。但对于液体介质吸收衰减则是主要的。3)3)声束扩散声束扩散 这是因为随着传播距离的增大，波束截这是因为随着传播距离的增大，波束截面增大使单位面积上声能逐渐减少所致。面增大使单位面积上声能逐渐减少所致。总之，在金属材料的超声波探伤中，主要考虑散射引起总之，在金属材料的超声波探伤中，主要考虑散射引起的衰减。的衰减。21超声检查主题医学知识脉冲反射法超声波探伤基本原理脉冲反射法超声波探伤基本原理 脉冲反射法是超声波探伤中应用最广的方法。其基本原脉冲反射法是超声波探伤中应用最广的方法。其基本
19、原理是将一定频率间断发射的超声波理是将一定频率间断发射的超声波(称脉冲波称脉冲波)通过一定介质通过一定介质(称耦合剂称耦合剂)的耦合传入工件，当遇到异质界面的耦合传入工件，当遇到异质界面(缺陷或工件底缺陷或工件底面面)时，超声波将产生反射，回波时，超声波将产生反射，回波(即反射波即反射波)为仪器接收并以为仪器接收并以电脉冲信号在示波屏上显示出来，由此判断缺陷的有无，以电脉冲信号在示波屏上显示出来，由此判断缺陷的有无，以及进行定位、定量和评定。根据回波的表示方式不同，该方及进行定位、定量和评定。根据回波的表示方式不同，该方法又可分为法又可分为A A型显示、型显示、B B型显示、型显示、c c型显
20、示和型显示和3 3D D显示法。显示法。22超声检查主题医学知识A A显示显示 A A型脉冲反射式超声波型脉冲反射式超声波探伤仪接通电源后，同步电探伤仪接通电源后，同步电路产生的触发脉冲同时加至路产生的触发脉冲同时加至扫描电路和发射电路。扫描扫描电路和发射电路。扫描电路受触发开始工作产生锯电路受触发开始工作产生锯齿波扫描电压，加至示波管齿波扫描电压，加至示波管水平水平(X X轴轴)偏转板，使电子束偏转板，使电子束发生水平偏转，在示波屏上发生水平偏转，在示波屏上产生一条水平扫描线产生一条水平扫描线(又称时又称时间基线间基线)。与此同时，发射电。与此同时，发射电路受触发产生高频窄脉冲加路受触发产生
21、高频窄脉冲加至探头，激励压电晶片振动，至探头，激励压电晶片振动，在工件中产生超声波。在工件中产生超声波。23超声检查主题医学知识 超声波在工件中传播遇超声波在工件中传播遇到界面、缺陷和底面发生反到界面、缺陷和底面发生反射，回波为同一探头或接收射，回波为同一探头或接收探头所接收并被转变为电信探头所接收并被转变为电信号，经接收电路放大和检波，号，经接收电路放大和检波，加至示波管垂直加至示波管垂直(Y Y轴轴)偏转板偏转板上，使电子束发生垂直偏转，上，使电子束发生垂直偏转，在水平扫描线的相应位置上在水平扫描线的相应位置上产生始波产生始波T T，缺陷波缺陷波F F，底波底波B B。24超声检查主题医学
22、知识B B显示显示 接通电源，同步电路触发发射电路，使探头发射超声接通电源，同步电路触发发射电路，使探头发射超声波；同时触发波；同时触发Y Y轴扫描电路，将锯齿波电压加到示波管轴扫描电路，将锯齿波电压加到示波管(这这里采用长余辉示波管或存贮示波管）里采用长余辉示波管或存贮示波管）Y Y轴偏转板上。随探头轴偏转板上。随探头位置变化而变化的直流电位加到位置变化而变化的直流电位加到x x轴偏转板上。轴偏转板上。25超声检查主题医学知识 探头接收到的回波信号经放大加到示波管的栅极探头接收到的回波信号经放大加到示波管的栅极进行扫描亮度调制进行扫描亮度调制(即辉度调制，亮点显示接收信号即辉度调制，亮点显示
23、接收信号)。当探头在工件上沿一直线移动时，则示波屏上就以探当探头在工件上沿一直线移动时，则示波屏上就以探头在被检材料表面上的位置和声波传播时间为直角坐头在被检材料表面上的位置和声波传播时间为直角坐标显示出图象。探头只需实现一维扫描即可成象标显示出图象。探头只需实现一维扫描即可成象。26超声检查主题医学知识 B B型显示是脉冲回波超声波平面成象的一种。它型显示是脉冲回波超声波平面成象的一种。它是以亮点显示接收信号，以示波屏面代表被探伤对象是以亮点显示接收信号，以示波屏面代表被探伤对象由探头移动线和声束决定的截面。纵坐标代表声波的由探头移动线和声束决定的截面。纵坐标代表声波的传播时间，横坐标代表探
24、头的水平位置，它可以显示传播时间，横坐标代表探头的水平位置，它可以显示出缺陷在横截面上的二维特征。完成这种显示的探头出缺陷在横截面上的二维特征。完成这种显示的探头动作方式称为动作方式称为B B扫描。扫描。27超声检查主题医学知识C C显示显示C C型显示超声波探伤基本原理型显示超声波探伤基本原理 C C型显示是脉冲回波超声波平面成型显示是脉冲回波超声波平面成象的一种，它是以亮点或暗点显示接收象的一种，它是以亮点或暗点显示接收信号。示波屏面所表示的是被探伤对象信号。示波屏面所表示的是被探伤对象某一定深度上与声束相垂直的一个平面某一定深度上与声束相垂直的一个平面投影象，一幅画面只能显示同一深度上投
25、影象，一幅画面只能显示同一深度上不同位置的缺陷。完成这种显示的探头不同位置的缺陷。完成这种显示的探头动作方式称为动作方式称为C C扫描为保证成象精确扫描为保证成象精确度，一般都采用水浸法探伤。度，一般都采用水浸法探伤。28超声检查主题医学知识C C显示显示 C C型探伤仪中有一电子深度门，门的前沿型探伤仪中有一电子深度门，门的前沿及宽度都是可以调节的：探头在某一部位所及宽度都是可以调节的：探头在某一部位所接收到的回波被送到接收电路中去放大但只接收到的回波被送到接收电路中去放大但只有落在门范围之内的才能作为亮度调制信号有落在门范围之内的才能作为亮度调制信号加到示波管的栅极上，并在示波屏上形成一加
26、到示波管的栅极上，并在示波屏上形成一亮点。亮点在屏上位置与探头在工件上的位亮点。亮点在屏上位置与探头在工件上的位置是相对应的。通常深度门被调到使前表面置是相对应的。通常深度门被调到使前表面反射及后表面反射刚好被排除在外。反射及后表面反射刚好被排除在外。29超声检查主题医学知识 这样当探头在工件表面这样当探头在工件表面按一定形式按一定形式(一般采用平行一般采用平行扫查扫查)移动以对整个工件表移动以对整个工件表面作出扫查后，在示波屏上面作出扫查后，在示波屏上即可得到整个体积内缺陷或即可得到整个体积内缺陷或界面的俯视图。通过将深度界面的俯视图。通过将深度门调成窄的宽度，可以记录门调成窄的宽度，可以记
27、录 来自试件内平行扫描面的某来自试件内平行扫描面的某一层中的回波，而将其它部一层中的回波，而将其它部分的信号排除在显示之外。分的信号排除在显示之外。30超声检查主题医学知识C C显示图显示图 可以检测出缺可以检测出缺陷的长度宽度及埋陷的长度宽度及埋藏深度通过不藏深度通过不同的颜色。同的颜色。31超声检查主题医学知识1、直探头、直探头32超声检查主题医学知识2、斜探头、斜探头33超声检查主题医学知识 斜探头利用透声斜楔块使声束倾斜于工件表斜探头利用透声斜楔块使声束倾斜于工件表面射入工件的探头称为斜探头，如图：面射入工件的探头称为斜探头，如图：图中斜楔块图中斜楔块2 2用有机玻璃制作，它与工件组用
28、有机玻璃制作，它与工件组成固定倾角的异质界面，使压电晶片成固定倾角的异质界面，使压电晶片3 3发射的纵发射的纵波通过波型转换，以折射横波在工件中传播。波通过波型转换，以折射横波在工件中传播。其它组成部分的材料和作用同直探头的相应其它组成部分的材料和作用同直探头的相应部分。通常横波斜探头以钢中折射角标称：部分。通常横波斜探头以钢中折射角标称：=40=40、45 45、50 50、6060、7070；有时以折射角；有时以折射角的正切值标称：的正切值标称：K=tgK=tg=1.0=1.0、1.5 1.5、2.02.0、3.03.0。34超声检查主题医学知识3、水浸聚焦探头、水浸聚焦探头水浸聚焦探头基
29、本结构见水浸聚焦探头基本结构见图。图。透镜由环氧树脂浇铸透镜由环氧树脂浇铸成球形或圆柱形凹透镜，成球形或圆柱形凹透镜，遵循折射定律可使声束会遵循折射定律可使声束会聚到一点或一条线，前者聚到一点或一条线，前者称点聚焦探头，后者称线称点聚焦探头，后者称线聚焦探头。由于声束会聚聚焦探头。由于声束会聚区能量集中，声束尺寸小，区能量集中，声束尺寸小，因而可提高灵敏度和分辩因而可提高灵敏度和分辩力。力。35超声检查主题医学知识4、双晶探头、双晶探头 双晶探头又称分割式双晶探头又称分割式TR TR 探头，内含探头，内含二个压电晶片。分别为发射、接收晶片，二个压电晶片。分别为发射、接收晶片，中间用隔声层隔开。
30、主要用于近表面测中间用隔声层隔开。主要用于近表面测厚。厚。36超声检查主题医学知识斜探头性能：(1(1）折射角折射角（或探头（或探头K K 值）值）或或K K 值大小决定了声束入射于值大小决定了声束入射于工件的方向和声波传播途径，是为缺工件的方向和声波传播途径，是为缺陷定位计算提供的一个有用数据。因陷定位计算提供的一个有用数据。因此探头使用磨损后均需测量此探头使用磨损后均需测量或或K K 值。值。37超声检查主题医学知识(2(2）前沿长度前沿长度 声束入射点至探头声束入射点至探头前端面的距离称前沿长度，又称接近前端面的距离称前沿长度，又称接近长度。它反映了探头对焊缝可接近的长度。它反映了探头对
31、焊缝可接近的程度。入射点是探头声束轴线与楔块程度。入射点是探头声束轴线与楔块底面的交点，探头在使用前和过程中底面的交点，探头在使用前和过程中要经常测定入射点位置，以便对缺陷要经常测定入射点位置，以便对缺陷准确定位。准确定位。38超声检查主题医学知识（3 3）声轴偏斜角声轴偏斜角 反映主声束中心法线的重合程度，反映主声束中心法线的重合程度，除直接影响对缺陷尺寸的准确测量外，还将发生误除直接影响对缺陷尺寸的准确测量外，还将发生误判。相关标准规定：判。相关标准规定：主声束在水平方向上的偏离应限制在主声束在水平方向上的偏离应限制在22内。内。主声束垂直方向的偏离，不应有明显的双峰。主声束垂直方向的偏离
32、，不应有明显的双峰。39超声检查主题医学知识 超声波探伤仪是探伤的主体设备，主超声波探伤仪是探伤的主体设备，主要功能：要功能：1 1、产生超声颇率电振荡，并以此来激、产生超声颇率电振荡，并以此来激励探头发射超声波。励探头发射超声波。2 2、将探头送回的电信号予以放大、处、将探头送回的电信号予以放大、处理，并通过一定方式显示出来。理，并通过一定方式显示出来。超声波探伤仪超声波探伤仪40超声检查主题医学知识1 超声波探伤仪的分类超声波探伤仪的分类 按超声波的连续性与否：按超声波的连续性与否：可将探伤仪分为可将探伤仪分为脉冲波脉冲波、连续波和调频、连续波和调频波探伤仪三种。由于后二种探伤仪的探波探伤
33、仪三种。由于后二种探伤仪的探伤灵敏度低，缺陷测定有较大局限性，伤灵敏度低，缺陷测定有较大局限性，故在焊缝探伤中均不采用。故在焊缝探伤中均不采用。41超声检查主题医学知识 按缺陷显示方式，可将探伤仪分为按缺陷显示方式，可将探伤仪分为A A 型显示、型显示、B B 型显示、型显示、C C 型显示和型显示和3D 3D 显示显示超声波探伤仪超声波探伤仪 。42超声检查主题医学知识 按超声波的通道数目又可将探伤仪分为单按超声波的通道数目又可将探伤仪分为单通道和多通道探伤仪二种。前者仪器由一个或通道和多通道探伤仪二种。前者仪器由一个或一对探头单独工作，后者仪器则是由多个或多一对探头单独工作，后者仪器则是由
34、多个或多对探头交替工作，每一通道相当于一台单通道对探头交替工作，每一通道相当于一台单通道探伤仪，适用于自动化探伤。例如，探伤仪，适用于自动化探伤。例如，BCST-9BCST-9型型双通道超声波探伤仪、双通道超声波探伤仪、CTS-20CTS-20型型80 80 通这是超通这是超声波探伤仪（专为中厚钢板自动探伤声波探伤仪（专为中厚钢板自动探伤设计的穿设计的穿透式探伤仪器）等。透式探伤仪器）等。43超声检查主题医学知识 目前，焊缝探伤中广泛使用的超声目前，焊缝探伤中广泛使用的超声波探伤仪，如波探伤仪，如CTS-22 CTS-22、CTS-26 CTS-26、JTS JTS-5,JTSZ-1-5,JT
35、SZ-1、CST-3 CST-3、CST-7 CST-7 等均等均是是A A 型显示脉冲反射式单通道超声波探型显示脉冲反射式单通道超声波探伤仪。伤仪。44超声检查主题医学知识45超声检查主题医学知识 2.2.超声波探伤仪的一般工作原理超声波探伤仪的一般工作原理 A A 型显示脉冲反射式单通道超声波型显示脉冲反射式单通道超声波探伤仪相当一种专用示波器，尽管型号、探伤仪相当一种专用示波器，尽管型号、性能有所不同，但其基本结构、工作原性能有所不同，但其基本结构、工作原理均大同小异。探伤仪电路主要由同步理均大同小异。探伤仪电路主要由同步电路、扫描电路、发射电路、接收电路、电路、扫描电路、发射电路、接收
36、电路、显示电路、电源电路和辅助电路等单元显示电路、电源电路和辅助电路等单元电路组成。电路组成。46超声检查主题医学知识同步电路同步电路 同步电路又称触发电路，仪器各部分的时同步电路又称触发电路，仪器各部分的时序由它决定，即它产生使整个仪器协调工作的序由它决定，即它产生使整个仪器协调工作的同步触发脉冲。同步触发脉冲。通常由主控振荡器（例如，可通常由主控振荡器（例如，可调的多谐振荡器）产生周期性的矩形同步脉冲调的多谐振荡器）产生周期性的矩形同步脉冲（输入波），经过微分电路产生微分波（正负（输入波），经过微分电路产生微分波（正负脉冲），再经削波电路根据需要用二极管将正脉冲），再经削波电路根据需要用二
37、极管将正脉冲或负脉冲削去。即可用此正或负脉冲去触脉冲或负脉冲削去。即可用此正或负脉冲去触发扫描电路和发射电路，并使其同步工作。触发扫描电路和发射电路，并使其同步工作。触发脉冲的时间间隔称为触发周期，其倒数就是发脉冲的时间间隔称为触发周期，其倒数就是重复频率，一般为重复频率，一般为50Hzl0KHz50Hzl0KHz。47超声检查主题医学知识扫描电路 扫描电路又称时基电路，它产生锯齿波扫描电路又称时基电路，它产生锯齿波电压，使示波屏电子束能沿水平方向自左向右电压，使示波屏电子束能沿水平方向自左向右匀速扫描。匀速扫描。只要控制锯齿波电压的斜率，就能控制扫描速度，只要控制锯齿波电压的斜率，就能控制扫
38、描速度，使之与声波在介质中的传播时间相一致，从而达到调使之与声波在介质中的传播时间相一致，从而达到调节探测范围的目的。探伤仪面板上的深度粗调、微调、节探测范围的目的。探伤仪面板上的深度粗调、微调、扫描延迟旋钮，都是扫描电路的控制旋钮。扫描延迟旋钮，都是扫描电路的控制旋钮。48超声检查主题医学知识发射电路发射电路 为缩小盲区、提高探测精度，目前多采用窄脉冲为缩小盲区、提高探测精度，目前多采用窄脉冲发射电路。如图。增大减幅率窄脉冲发射原理电路，发射电路。如图。增大减幅率窄脉冲发射原理电路，工作过程如下：稳态时，晶闸管不导电，电容器工作过程如下：稳态时，晶闸管不导电，电容器C C 充电。当正触发脉冲
39、加到晶闸管控制极使其导电时，充电。当正触发脉冲加到晶闸管控制极使其导电时，电容电容C C 通过晶闸管放电在谐振回路内引起谐振通过晶闸管放电在谐振回路内引起谐振f f。用发射强度旋钮可改变其阻值，阻值大则发射强用发射强度旋钮可改变其阻值，阻值大则发射强度高。同时，因度高。同时，因RoRo与探头并联，改变与探头并联，改变RoRo同时也改变了同时也改变了探头电阻尼大小，即影响探头分辨力。发射波可为几探头电阻尼大小，即影响探头分辨力。发射波可为几百伏至上千伏的高压负脉冲，加到探头晶片上，经过百伏至上千伏的高压负脉冲，加到探头晶片上，经过电电-声转换，产生高频机械振荡，进入被检工件，形成声转换，产生高频
40、机械振荡，进入被检工件，形成脉冲超声波。脉冲超声波。49超声检查主题医学知识接收电路接收电路 由衰减器、高频放大器、检波器和视频放大器等由衰减器、高频放大器、检波器和视频放大器等组成（图组成（图4 4 一一20 20）。由于来自探头的回波信号）。由于来自探头的回波信号电压很电压很微弱（微弱（一般为毫伏级），而示波管全调制所需电压要一般为毫伏级），而示波管全调制所需电压要数十伏，所以接收电路应具有数十伏，所以接收电路应具有10105 5放大能力（即放大能力（即100dB 100dB）。）。同时，为使缺陷回波信号电压能在放大器同时，为使缺陷回波信号电压能在放大器内得到正常放大并能在示波屏的有效观察
41、范围内正常内得到正常放大并能在示波屏的有效观察范围内正常显示，可使用衰减器来改变输入到某级放大器信号电显示，可使用衰减器来改变输入到某级放大器信号电平。放大器采用调谐（平。放大器采用调谐（LCLC）放大器中参差调谐放大器）放大器中参差调谐放大器电路，探伤仪面板上的增益、衰减器、抑制等旋钮均电路，探伤仪面板上的增益、衰减器、抑制等旋钮均是放大电路的控制旋钮。是放大电路的控制旋钮。50超声检查主题医学知识 增益数值大，则探伤灵敏度高，而增益数值大，则探伤灵敏度高，而在一般情况下，衰减器读数大使灵敏度在一般情况下，衰减器读数大使灵敏度降低，降低，抑制旋钮的作用可抑制草状杂波抑制旋钮的作用可抑制草状杂
42、波不过使用它会使示波屏上显示的波高不不过使用它会使示波屏上显示的波高不再与输人信号幅值成正比。这是因为它再与输人信号幅值成正比。这是因为它使仪器的垂直线性和动态范围下降而引使仪器的垂直线性和动态范围下降而引起放大线性变坏；同时，过度的抑制还起放大线性变坏；同时，过度的抑制还有失去有用信号的危险，故应慎用。有失去有用信号的危险，故应慎用。51超声检查主题医学知识显示电路显示电路 主要由示波管及外围电路组成。当示波管中电子主要由示波管及外围电路组成。当示波管中电子枪发射的聚焦电子高速轰击示波屏时，使荧光物质发枪发射的聚焦电子高速轰击示波屏时，使荧光物质发光形成亮点。当接收电路送来的信号电压加在垂直
43、（光形成亮点。当接收电路送来的信号电压加在垂直（Y Y 轴）偏导板上，而作为时间轴的扫描电压则加在水平轴）偏导板上，而作为时间轴的扫描电压则加在水平（X X 轴）偏转板上时，电子束则按所加电压发生偏转，轴）偏转板上时，电子束则按所加电压发生偏转，显示出波形。因为一秒钟内能重复描出几十甚至几千显示出波形。因为一秒钟内能重复描出几十甚至几千次相互重叠的相同图象，所以看上去图像稳定。次相互重叠的相同图象，所以看上去图像稳定。52超声检查主题医学知识电源电源一般仪器均使用电源一般仪器均使用220v220v市电，仪器内部市电，仪器内部有供各单元电路使用的变压、整流及稳有供各单元电路使用的变压、整流及稳压
44、电路等。携带式探伤仪亦可用压电路等。携带式探伤仪亦可用NiNi一一Cd Cd 蓄电池供电，用充电器给蓄电池充电。蓄电池供电，用充电器给蓄电池充电。53超声检查主题医学知识辅助电路辅助电路 除上述基本单元电路除上述基本单元电路外，探伤仪还有各种辅助外，探伤仪还有各种辅助电路，如电路，如DACDAC电路、闸门电电路、闸门电路、延迟电路以及标距电路、延迟电路以及标距电路等。路等。54超声检查主题医学知识DAC 电路电路 DACDAC电路又称深度补偿电路。指超声波传播时由电路又称深度补偿电路。指超声波传播时由于衰减，将使远处反射回来的回波信号比近处反射回于衰减，将使远处反射回来的回波信号比近处反射回来
45、的信号弱（在同样的缺陷时）。来的信号弱（在同样的缺陷时）。DACDAC电路可使发射后电路可使发射后瞬间的增益降低到一定值，然后随时间（即探测深度）瞬间的增益降低到一定值，然后随时间（即探测深度）的推移增益逐渐升高，到一定时间后增益恢复正常，的推移增益逐渐升高，到一定时间后增益恢复正常，如图。这样，远处回波信号到来时放大器处在高增益如图。这样，远处回波信号到来时放大器处在高增益状态，实现了距离一增益补偿，使位于不同深度而相状态，实现了距离一增益补偿，使位于不同深度而相同尺寸的缺陷回波高度差异减小。同尺寸的缺陷回波高度差异减小。55超声检查主题医学知识闸门电路闸门电路 探伤时示波屏上会出现很多波，
46、为了能取出所需探伤时示波屏上会出现很多波，为了能取出所需要的波，经电子电路（如数据采集系统）处理后记录要的波，经电子电路（如数据采集系统）处理后记录在记录仪上，即只有在闸门内的信号才能被取出供使在记录仪上，即只有在闸门内的信号才能被取出供使用。闸门的起点和宽度都可以用旋钮调整，同时还可用。闸门的起点和宽度都可以用旋钮调整，同时还可通过调整称为门限值的旋钮，确定能够被取出的回波通过调整称为门限值的旋钮，确定能够被取出的回波的最小高度。的最小高度。56超声检查主题医学知识探伤仪主要性能探伤仪主要性能(1(1）水平线性水平线性 又称时基线性或扫描线性。是又称时基线性或扫描线性。是指扫描线上显示的反射
47、波距离与反射体距离成正指扫描线上显示的反射波距离与反射体距离成正比的程度，它关系到缺陷定位是否准确。比的程度，它关系到缺陷定位是否准确。相关标准规定，合格仪器其水平线性误差相关标准规定，合格仪器其水平线性误差L2L2。(2(2）垂直线性垂直线性 又称放大线性。是指示波屏反又称放大线性。是指示波屏反射波幅与接收回波信号电压成正比关系的程度，射波幅与接收回波信号电压成正比关系的程度，它关系到缺陷定量是否准确。它关系到缺陷定量是否准确。相关标准规定，合格仪器其垂直线性误差相关标准规定，合格仪器其垂直线性误差e8e8。57超声检查主题医学知识(3(3）动态范围动态范围 示波屏上回波高度从满幅示波屏上回
48、波高度从满幅（100%100%）降至消失时仪器衰减器的变化范围，其）降至消失时仪器衰减器的变化范围，其值越大可检出缺陷越小。值越大可检出缺陷越小。相关标准规定，动态范围应相关标准规定，动态范围应26dB 26dB。(4(4）衰减器精度衰减器精度 是衰减器上是衰减器上dB dB 刻度指示脉刻度指示脉冲下降幅度的正确程度，以及组成衰减器各同量冲下降幅度的正确程度，以及组成衰减器各同量级间可换性能。级间可换性能。相关标准规定，衰减器总衰减量不得小于相关标准规定，衰减器总衰减量不得小于6OdB 6OdB，在探伤仪规定的工作频率范围内，衰减，在探伤仪规定的工作频率范围内，衰减器每器每12dB12dB工作
49、误差工作误差ldB ldB。58超声检查主题医学知识探伤仪与探头组合后的超声探伤系统的性能：探伤仪与探头组合后的超声探伤系统的性能：(5(5）灵敏度余量）灵敏度余量 指组合灵放度，并以灵敏度余量来指组合灵放度，并以灵敏度余量来表示。它是在规定条件下的探伤灵敏度至仪器最大灵表示。它是在规定条件下的探伤灵敏度至仪器最大灵敏度的富裕量（以敏度的富裕量（以dB dB 数表示）。目前，基于尽可能数表示）。目前，基于尽可能独立地检验仪器本身的性能，特引入时效稳定的石英独立地检验仪器本身的性能，特引入时效稳定的石英标准探头，使其避免普通探头因其性能变化而造成的标准探头，使其避免普通探头因其性能变化而造成的影
50、响。影响。按规定，合格品的组合灵敏度应大于按规定，合格品的组合灵敏度应大于30dB 30dB。59超声检查主题医学知识(6(6）分辨力）分辨力 超声探伤系统能够区分两超声探伤系统能够区分两个相邻而不连续的缺陷能力。它有近场分个相邻而不连续的缺陷能力。它有近场分辫力、远场分辨力、纵向分辨力和横向分辫力、远场分辨力、纵向分辨力和横向分辨力之分，一般是指远场纵向分辨力。辨力之分，一般是指远场纵向分辨力。60超声检查主题医学知识(7(7）电噪声电平）电噪声电平 表示系统的探头在直接对表示系统的探头在直接对空辐射时，将探伤仪的灵敏度和扫描范围调至空辐射时，将探伤仪的灵敏度和扫描范围调至最大，在避免外界干
