超声波检测-第4章讲义

2021/7/22数字超声在友联1超声检测设备与器材曹海军南通友联技术中心2021/7/22数字超声在友联2超声检测设备与器材超声检测仪（模拟、数字）探头（类型、结构、性能、测试方法）试块探头仪器的性能及其测试2021/7/22数字超声在友联3超声检测仪检测仪的分类模拟式超声检测仪数字式超声检测仪仪器的维护保养自动检测设备2021/7/22数字超声在友联4检测仪的分类按波的连续性分为：脉冲式、连续式、调频式按通道数分：单通道、多通道按用途分：金属检测、非金属检测、测厚按按缺陷显示方式分：A型、B型、C型按采用的信号处理技术分：模拟式、数字式2021/7/22数字超声在友联5按波的连续性：脉冲波：向工件中周期性发射不连续且频率不变的超声波。连续波：向工件中发射连续且频率不变（或在小范围内周期变化）的超声波。调频波：向工件中发射连续的频率周期性变化的超声波。检测仪的分类2021/7/22数字超声在友联6检测仪的分类按超声波的通道数分:单通道：常用的手工检测仪，包括模拟和数字式。多通道：通常用在自动检测，一般需要机械扫查装置。2021/7/22数字超声在友联7检测仪的分类按用途分:非金属检测仪：包括对玻璃、混凝土，瓷瓶等材料的检测超声测厚仪：包括母材测厚、涂层测厚等金属检测仪：使用最广泛的检测仪2021/7/22数字超声在友联8A型显示一种波形显示，横坐标代表声波的传播时间（或距离），纵坐标代表反射波的幅度。反射波的位置可以确定缺陷位置，反射波的幅度可以估算缺陷的大小（见图4-1）A型显示具有检波方式和非检波方式两种，非检波方式又称为射频波，是探头输出脉冲信号的原始形式，可用于分析信号特征；检波形式是信号经检波后显示的形式。2021/7/22数字超声在友联9B型显示一种图像显示，横坐标代表探头的扫查轨迹，纵坐标代表声波的传播时间或距离，可以直观显示出工件一个纵截面上缺陷的分布及缺陷的深度。（图4-3）随着新的计算机技术的应用，还将时间轴上的不同深度的信号幅值全部采集下来，用亮度（颜色）显示信号幅度。2021/7/22数字超声在友联10C型显示一种图像显示，横坐标和纵坐标都代表探头的扫查轨迹（探头在工件表面的位置），用亮度（颜色）来表面信号幅度。可以显示工件内部缺陷平面图像，但不能显示缺陷的深度。（图4-5）如果用亮度（颜色）来代表回波传播时间，则可以得到缺陷深度分布。2021/7/22数字超声在友联11模拟式超声检测仪模拟仪主要组成与工件原理模拟仪主要组成部分的作用模拟仪主要开关旋钮的作用及其调整2021/7/22数字超声在友联12模拟仪主要组成与工件原理仪器电路方框图(P87）：主要组成部分包括同步、扫描、发射、接收放大、显示、电源等6个主要部分。2021/7/22数字超声在友联13模拟仪主要组成与工件原理仪器工作原理：同步电路产生触发脉冲，扫描电路产生锯齿扫描电压加至示波管产生水平扫描线，发射电路产生高频脉冲施加至探头激励压电晶片振动，产生超声波并在工件传播，遇缺陷或底面产生反射返回探头转变为电信号，经接收电路放大和检波，然后显示。2021/7/22数字超声在友联14模拟仪主要组成部分的作用同步电路(P87）同步电路又称触发电路，它每秒钟产生数十至数千个脉冲，用来触发探伤仪扫描电路、发射电路等，使之步调一致、有条不紊地工作。因此，同步电路是整个探伤仪的“中枢”，同步电路出了故障，整个探伤仪便无法工作。电路由射极耦合定时自激多谐振荡器构成,振荡频率可以调整，即脉冲重复频率f（每秒钟扫描次数）。产生矩形波经微分电路变成一对正、负脉冲。正脉冲使发射电路工作,负脉冲使扫描电路工作。f（每秒钟扫描次数）↑探头移动快，探测深度↓，荧光屏扫描线亮度↑，波低。f（每秒钟扫描次数）↓，探头移动慢，探测深度↑，荧光屏扫描线亮度↓，波高。2021/7/22数字超声在友联15模拟仪主要组成部分的作用扫描电路P88：组成：扫描闸门发生器、锯齿波发生器、锯齿波放大器扫描电路又称时基电路，用来产生锯齿波电压，加在示波管水平偏转板上，使示波管荧光屏上的光点沿水平方向作等速移动，产生一条水平扫描时基线。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。探伤时，应根据被探工件的探测深度范围选择适当的深度档级．并配合微调旋钮调整，使刻度板水平轴上每一格代表一定的距离。2021/7/22数字超声在友联16模拟仪主要组成部分的作用扫描电路：工作原理：扫描闸门发生器接收同步信号，开始工作，给锯齿波发生器发出矩形波触发信号，锯齿波发生器产生锯齿波信号，送至锯齿波放大器，锯齿波放大器发出正负双向、线性良好的锯齿波电压，输至显示电路中阴极射线管的水平偏转板上，使示波管阴极发出的电子束沿水平方向自左向右水平匀速扫描，在超声波探伤仪示波屏上产生水平扫描线。2021/7/22数字超声在友联17模拟仪主要组成部分的作用扫描电路的调节：改变屏幕上显示的时间（距离）范围的大小，实质是调节扫描速度（锯齿波的斜率）。一般有粗调和细调两个旋钮。调节屏幕上显示的时间范围的起点，也就是时基电路触发的延迟时间。延迟由延迟电路实现。一般有移位按钮。2021/7/22数字超声在友联18模拟仪主要组成部分的作用发射电路P88：工作原理：发射电路是一个脉冲信号发生器，可产生100-400V的高压电脉冲，施加到压电晶片上产生脉冲超声波。工作过程：发射电路利用闸流管或可控硅的开关特性，产生几百伏至上千伏的电脉冲。电脉冲加于发射探头，激励压电晶片振动，使之发射超声波。发射电路通常可分为调谐式和非调谐式两种，调谐式电路谐振频率由电路中的电感、电容决定，发出的超声脉冲频带较窄;非调谐式电路发射一短脉冲，频带较宽，可适应不同频带探头，常见仪器多采用非调谐式电路。2021/7/22数字超声在友联19模拟仪主要组成部分的作用接收电路P89：仪器接收电路通常是宽带的，很多探头也是宽带的，因此，发射电路的频率特性对显示影响很大。新型数字仪通常有不同的频带设置，可以适应多种探头。发射脉冲频带要包含探头自身的频带范围，频带越宽，发射脉冲越窄，可能达到的分辨力越高（TOFD使用的宽频窄脉冲探头）。2021/7/22数字超声在友联20模拟仪主要组成部分的作用发射电路P88：发射电压调节一般是通过发射强度调节旋钮或者阻尼旋钮进行，通过改变发射电路中的阻尼电阻R0来调节发射脉冲的电压幅度和脉冲宽度。电压越高、脉冲越宽，发射能量越大，但也增大了盲区，使深度分辨力变差。2021/7/22数字超声在友联21模拟仪主要组成部分的作用接收电路：接收电路由衰减器、射频放大器、检波器和视频放大器等组成。作用：将来自探头的电信号进行放大、检波，最后加至示波管的垂直偏转板上，并在荧光屏上显示。2021/7/22数字超声在友联22模拟仪主要组成部分的作用接收电路由于接收的电信号非常微弱，通常只有数百微伏到数伏，而示波管全调制所需电压要几百伏，所以接收电路必须具有约105的放大能力。接收电路的性能对探伤仪性能影响极大，它直接影响到探伤仪的垂直线性、动态范围伤灵敏度、分辨力等重要技术指标。一般把放大器的电压放大倍数用分贝来表示。探伤仪面板上的增益、衰减器、抑制等旋钮是放大电路的控制旋钮。2021/7/22数字超声在友联23模拟仪主要组成部分的作用显示电路P90：显示电路主要由示波管及外围电路组成。示波管用来显示探伤图形，示波管由电子枪、偏转系统和荧光屏等三部分组成。2021/7/22数字超声在友联24模拟仪主要组成部分的作用显示电路作用：把时基线和反射波共同组成的波形显示出来。工作原理：涂有特殊材料的阴极被加热后，发射出热电子，电子被带正高压电的阳极吸引，加速飞向荧光屏。相关旋钮：聚焦旋钮（辅助聚焦）水平旋钮（加在水平偏转板上直流电压）垂直旋钮：加在垂直偏转板上的直流电压，可使水平扫描线在荧幕上下移动。辉度旋钮：控制栅极电压。一般辉度调整后，应重新调节聚焦。2021/7/22数字超声在友联25模拟仪主要组成部分的作用电源电路：作用：是给探伤仪各部分电路提供适当的电能，使整机电路工作。标准探伤仪一般用220伏或110伏交流市电，探伤仪内部有供各部分电路使用的变压、整流及稳压电路。携带式探伤仪多用蓄电池供电，用充电器供电给蓄电池充电。将220V电源电压、经变压、整流、稳压、逆变等，产生不同种类（高低压、交直流）电压、电流，满足各种电路需要。2021/7/22数字超声在友联26模拟仪主要组成部分的作用其它除上述基本组成部分之外，探伤仪还有各种辅助电路，如延迟电路、标距电路、闸门电路、深度补偿电路等辅助电路。2021/7/22数字超声在友联27模拟仪主要开关旋钮的作用及其调整开关和旋钮用于调节检测仪的功能和工作状态，2021/7/22数字超声在友联28模拟仪主要开关旋钮的作用及其调整工作方式选择旋钮相关电路：发射电路，发射电路与放大电路间连接电路。共三档，单探中等发射强度档、单探可变发射强度档、双探（双晶、穿透、串列等）。选择单探中等发射强度档时，发射强度不可调，仪器具有较高的灵敏度和分辨力。选择单探可变发射强度档时，可调节发射强度，同时改变仪器的灵敏度和分辨力。2021/7/22数字超声在友联29模拟仪主要开关旋钮的作用及其调整发射强度旋钮此旋钮为发射电路的一个与探头并连的可调电阻。作用：改变仪器的发射脉冲功率从而改变仪器的发射强度。调整：可调电阻（发射强度钮）电阻值加大发射强度增大，仪器灵敏度↑，但脉冲变宽、分辨力变差。通常在探伤灵敏度满足情况下，发射强度钮尽量放在较低位置（不用或较低）。2021/7/22数字超声在友联30模拟仪主要开关旋钮的作用及其调整衰减器作用：调节（定量）探伤灵敏度和测量回波幅度，测量材料衰减大小。属定量、非连续性调节位置。电阻群。粗调每档20dB，2档细调每档2dB，共20档总计80dB相关电路：接收放大电路前部，控制信号输入的大小。2021/7/22数字超声在友联31模拟仪主要开关旋钮的作用及其调整衰减器作用：调节（定量）探伤灵敏度和测量回波幅度，测量材料衰减大小。粗调每档20dB，2档；细调每档2dB，共20档。总计80dB相关电路：接收放大电路前部，控制信号输入的大小。衰减器读数大，输出信号↓；衰减器读数小，输出信号↑衰减器读数大，仪器灵敏度低，小缺陷看不到。2021/7/22数字超声在友联32模拟仪主要开关旋钮的作用及其调整增益旋钮可调电位器：放大器发射极交流负反馈电阻（可调）相关电路：放大电路发射极交流负反馈电阻。作用原理：改变高频放大器的信号放大倍数，从而连续改变探伤仪的灵敏度。2021/7/22数字超声在友联33模拟仪主要开关旋钮的作用及其调整增益旋钮用途：①调整探伤灵敏度②用衰减器调整探伤灵敏度，不能正好使波高达基准波高时，可用增益协助平滑调整使波高达基准波高。注意：探伤灵敏度调整确定后，不能再使用“增益”调波高，破坏调整好的探伤灵敏度。2021/7/22数字超声在友联34模拟仪主要开关旋钮的作用及其调整抑制旋钮相关电路：高频放大器信号检波后加一直流电压。作用原理：给放大信号加一直流电压，从而去掉荧光屏上不必要的材料晶界、电路噪声造成的杂乱反射波，使荧光屏上显示反射波清晰。注意：①使用抑制可能漏掉小缺陷②使用抑制破坏仪器垂直线性，减小动态范围。③除非十分必要，一般不使用“抑制”2021/7/22数字超声在友联35模拟仪主要开关旋钮的作用及其调整深度粗调旋钮相关电路：扫描电路的大电容器。作用原理：调整深度粗调，能使扫描电路锯齿波发生器充电电容大小变换，从而大幅度地改变扫描线同一长度的扫描的持续时间。即改变扫描线的探测范围。2021/7/22数字超声在友联36模拟仪主要开关旋钮的作用及其调整深度粗调旋钮调整方法：根据不同工件的探测范围调整不同档位。通常分：10mm、50mm