TOFD二三四章附加题

第二章附加题一、思考题1、数字化记录超声波检测数据有哪些优点？2、什么叫采样，采样后的数字化样本至少包括哪些特征量？3、什么叫采样定理？如何理解Nyquist极限与信号失真的关系？4、数字化频率是否越高越好？工业检测应用的数字化频率是如何规定的？5、什么叫“混叠”？混叠会产生哪些后果？如何避免混叠产生？6、什么叫－3dB截至频率？什么叫－6dB截至频率？7、什么叫高通滤波器？什么叫低通滤波器？8、什么叫带通滤波器？检测时设置的滤波器带通宽度越大越好吗？TOFD检测推荐滤波器带通宽度的最小范围是多少？9、A/D转换器的位数多，有哪些优点和缺点？10、TOFD扫描图像是如何构成的？11、信号平均对哪些噪声有抑制作用，对哪些噪声没有作用？信号平均次数与信噪比的数学关系？增加信号平均次数对哪些工艺参数有影响？12、什么叫“拉直”？简述其基本原理。13、什么叫“直通波去除”？简述其基本原理。14、在线分析有哪些优点和局限性？离线分析有哪些优点和局限性？15、简述合成孔径聚焦的原理，该项技术在哪些情况下适用？有哪些效果？二、计算题1、已知输入信号最大值为8V，则16位A/D转换器能区分出输入信号的最小电压为多少？2、对16位数字转换器来说，从100%FSH（全屏高度）降到1单位水平的dB范围是多少？如果噪声电平为饱和值2％，则转换器的有效动态范围是多少？3、要求TOFD仪器配用45°探头，能够探测厚度400mm焊缝，已知纵波声速为5950m/s，横波声速为3230m/s，则一个A扫持续时间（长度）至少为多少微秒？如采样率为50M，沿着焊缝每毫米采集一个A扫，一次扫查10m长度的焊缝，则仪器设计时，每个文件至少需要保留多大的存储空间？提示：一个A扫最少的持续时间大约为直通波到变形（纵波+横波）底波的传输时间。三、是非题1、对5M的TOFD探头，满足Nyquist极限的数字化频率是10M(X)2、只要满足Nyquist极限的采样频率，就可以保证模拟信号数字化的质量(X)3、显示屏水平方向代表焊缝长度，当该方向的像素点数量低于A扫的样本数量时，为保证标绘全部图像，计算机将省略一些样本不显示(X)第三章附加题一、思考题1、TOFD检测硬件系统由哪些基本组成？2、扫查器的作用是什么？简述位置传感器工作原理和前置放大器用途。3、什么是电子电路的带宽？-6dB带宽是如何定义的？TOFD仪器的－6dB带宽一般规定为多少？4、怎样理解TOFD仪器使用矩形脉冲“表现出更好的可控性和调谐性”？5、TOFD仪器的脉冲重复频率(PRF0)、触发探头发射超声脉冲数（PRF）和系统接收存储的信号数三者的是什么样的关系？6、TOFD探头有哪些特点？7、压电复合材料的d33g33、Q值、Z、Kt与普通PZT晶片材料相比有哪些不同？8、什么叫探头的相对带宽？如何计算？9、TOFD探头的带宽与超声脉冲长度、纵向分辨力是什么关系？10、什么叫探头中心频率（fc）？什么叫探头峰值频率（fp）？两者是什么关系？11、根据相对带宽，超声探头如何分类？12、不同频率分量在TOFD探头的波束中是如何分布的？13、频率对TOFD检测的技术性能有哪些影响？14、为什么使用宽带探头能显著提高粗晶材料检测的信噪比？15、TOFD技术与常规脉冲回波检测技术在增益设置上的主要差别是什么？16、适于衍射波幅校准的人工缺陷是哪一种？二、计算题1、求晶片尺寸6mm，频率5MHz，折射角45°的纵波斜探头的钢中－12dB声束边界角，设工件中纵波声速C＝5.95mm/s，楔块中纵波声速CP＝2.4mm/s。楔块中纵波入射角度：θP=16.57°楔块中纵波的声束扩散角：P=3.67°楔块中纵波的声束上下边界角P上＝20.24：P下=12.90钢中纵波的声束上下边界角L上=59.06P下=33.612、已知：探头中心频率5MHz，晶片直径6mm，纵波折射角60°，楔块中声速2.4mm/μs，钢中声速5.95mm/μs，取-12分贝波束边界扩散因子F=0.8，计算在波束中不同频率分量(2、3、4、5、6、7MHz)的边界角。（1）由折射角公式计算出楔块中纵波入射角度：sinθP=sin60°×2.4/5.95＝0.349；θP=20.45°（2）由公式sinP=F/D=FCP/Df计算楔块中不同频率分量的纵波的声束扩散角：2MHz：sinP=0.8×2.4/6×2；P=9.21°3MHz：sinP=0.8×2.4/6×3；P=6.12°4MHz：sinP=0.8×2.4/6×4；P=4.59°5MHz：sinP=0.8×2.4/6×5；P=3.67°6MHz：sinP=0.8×2.4/6×?；P=?°7MHz：sinP=0.8×2.4/6×?；P=?°（3）下一步可算出楔块中纵波的每一频率分量纵波的上下边界角：2MHz：P上＝20.45＋9.21=29.66°；P下＝20.45－9.21=11.24°；3MHz：P上＝20.45＋6.12=26.57°；P下＝20.45－6.12=14.33°；4MHz：P上＝20.45＋4.59=25.04°；P下＝20.45－4.59=15.86°；5MHz：P上＝20.45＋3.67=24.12°；P下＝20.45－3.67=16.78°；6MHz：P上＝20.45＋?=?°；P下＝20.45－?=?°；7MHz：P上＝20.45＋?=?°；P下＝20.45－?=?°；（4）最后，可用由折射角公式sinL上=sinP上CL/CP；sinL下=sinP下CL/CP计算出钢中每一频率分量折射纵波的上下边界角：2MHz：L上=90°；L下=28.90°3MHz：L上=90°；L下=37.85°4MHz：L上=90°；L下=42.65°5MHz：L上=90°；L下=45.70°6MHz：L上=81.48°；L下=47.81°7MHz：L上=76.28°；L下=49.39°三、是非题1、中心频率5MHz，带宽72％的探头，已知其下限6dB截止频率为3.2M，则其上限6dB截止频率为6.8M（O）2、已知探头下限6dB截止频率为2.2M，其上限6dB截止频率为7.8M;，则其中心频率为5M(O)3、对中心频率5MHz带宽100％的探头，高通滤波器的截止频率至少应选择2.5M以下，低通滤波器的截止频率至少应选择7.5M以上，满足奈奎斯特极限的采样频率是15M，保证峰值采样平均误差10%的采样频率是25M(O)。第四章附加题一、思考题1、什么叫TOFD信号测量精度？该精度与哪些因素有关？2、测量信号位置有几种选择？如何进行？3、什么是TOFD检测的分辨力？分辨力受哪些因素影响？4、波束覆盖范围取决于哪些因素？为什么要用试块来校验波束覆盖范围？5、怎样理解直通波与底面波的时间间隔越大，信号的分辨力就越高?6、减小探头角度会导致哪些有利和不利的后果？7、提高分辨力的有效措施有哪些？8、怎样理解“直通波和底面波的的时间间隔包含的信号周期数越多，深度分辨力就越高”？要获得满意的分辨力，一般需要多少个周期？9、提高频率会导致哪些有利后果和不利后果？10、减小探头晶片尺寸会导致哪些有利后果和不利后果？11、探头选择的主要参数是哪些？对大曲率薄壁工件检测应选择什么探头？12、选择TOFD检测的探头间距（PCS）时，应该考虑哪些因素？13、系统增益设置不当会导致哪些后果？波幅在TOFD检测中有哪些用途？14、TOFD检测的增益设置有几种方法？15、如何采用直通波设置灵敏度？哪些情况不能用直通波设置灵敏度？16、如何用被检测工件中的噪声水平来设置增益？17、如何用用底面反射波来设置增益？18、在使用多探头检测时，试块的尖角槽应如何加工？19、以侧孔设置增益应注意哪些问题？20、如何对衰减和粗晶噪声的影响作出评估？21、扫查增量应如何设置？22、有哪些措施可以减小上表面盲区范围？二、计算题1、用10M-Φ3-60°探头和5M-Φ6-70°检测壁厚40mm焊缝，探头聚焦深度在2/3T，试通过计算来比较两种探头的分辨力和声束覆盖范围。2、7M-Φ3-60°探头与5M-Φ6-60°相比，有哪些优点和缺点？3、探测150mm厚焊缝，分三个区进行扫查，选择的探头为：第一对探头7MΦ3mm60°,第二对探头5MΦ6mm60°，第三对探头2.5MΦ6mm45°（1）如果第一对探头聚焦在20mm，第二对探头聚焦在70mm，第二对探头聚焦在130mm，试计算各对探头的PCS=?（2）第一对探头衍射角度=40°的深度是多少？（3）第三对探头对底面缺陷的衍射角度是多少？解：（1）第一对探头PCS1=2s=2×20tan60=69.3mm。第二对探头的PCS2=2s=2×70tan60=242.5mm。第三对探头的PCS3=2s=2×130tan45=260mm。（2）X=34.7/tan40=41.35mm（3）tanθD=130/150，θD=40.9°第二章附加题1、对5M的TOFD探头，满足Nyquist极限的数字化频率是10M(X)2、只要满足Nyquist极限的采样频率，就可以保证模拟信号数字化的质量(X)3、12位A/D转换器，如其最大输入信号为5V，则该转换器能够区分的最小输入电压为?【5000/212=1.22mV】4、12位A/D转换器从100%FSH降到1单位水平的动态范围是?【20Lg(2（12次方）/2)=20Lg2047=66dB】5、如果噪声水平是2％，则12位A/D转换器的有效动态范围为?【20Lg（2047/（2047×2％））＝20Lg50＝34dB】第三章附加题1、求晶片尺寸6mm，频率5MHz，折射角45°的纵波斜探头的钢中－12dB声束边界角，设工件中纵波声速C＝5.95mm/s，楔块中纵波声速CP＝2.4mm/s。楔块中纵波入射角度：θP=16.57°楔块中纵波的声束扩散角：P=3.67°楔块中纵波的声束上下边界角P上＝20.24：P下=12.90钢中纵波的声束上下边界角L上=59.06(56?)P下=33.61(34.4)2、已知：探头中心频率5MHz，晶片直径6mm，纵波折射角60°，楔块中声速2.4mm/μs，钢中声速5.95mm/μs，取-12分贝波束边界扩散因子F=0.8，计算在波束中不同频率分量(2、3、4、5、6、7MHz)的边界角。（1）由折射角公式计算出楔块中纵波入射角度：sinθP=sin60°×2.4/5.95＝0.349；θP=20.45°（2）由公式sinP=F/D=FCP/Df计算楔块中不同频率分量的纵波的声束扩散角：2MHz：sinP=0.8×2.4/6×2；P=9.21°3MHz：sinP=0.8×2.4/6×3；P=6.12°4MHz：sinP=0.8×2.4/6×4；P=4.59°5MHz：sinP=0.8×2.4/6×5；P=3.67°6MHz：sinP=0.8×2.4/6×6；P=3.06°7MHz：sinP=0.8×2.4/6×7；P=2.62°（3）下一步可算出楔块中纵波的每一频率分量纵波的上下边界角：2MHz：P上＝20.45＋9.21=29.66°；P下＝20.45－9.21=11.24°；3MHz：P上＝20.45＋6.12=26.57°；P下＝20.45－6.12=14.33°；4MHz：P上＝20.45＋4.59=25.04°；P下＝20.45－4.59=15.86°；5MHz：P上＝20.45＋3.67=24.12°；P下＝20.45－3.67=16.78°；6MHz：P上＝20.45＋3.06=23.51°；P下＝20.45－3.06=17.39°；7MHz：P上＝20.45＋2.62=23.07°；P下＝20.45－2.62=17.83°；（4）最后，可用由折射角公式sinL上=sinP上CL/CP；sinL下=sinP下CL/CP计算出钢中每一频率分量折射纵波的上下边界角：2MHz：L上=90°；L下=28.90°3