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超 声 检 验 第4章 超声检测设备与器材 超声检测设备与器材 超声检测仪、探头、试块、耦合剂和机械扫查装置等 仪器+探头=超声检测系统 4.1 超声检测仪 超声检测仪是超声检测的主体设备，它的作用是产生电振荡并施加于换能器（探头）上，激励探头发射超声波，同时接收来自于探头的电信号，将其放大后以一定方式显示出来，从而得到被检工件中有关缺陷的信息 4.1.1 超声检测仪的分类 按照其指示的参量分类 指示声的穿透能量:穿透式检测仪 指示频率可变的超声连续波在工件中形成驻波的情况 :调频波检测仪 指示脉冲波的幅度和运行时间:脉冲波检测仪 脉冲波检测仪的信号显示方式可分为A型显示和超声成像显示，其中超声成像显示又可分为B、C、D、S、P型显示等类。 按采用的信号处理技术：可分为模拟式超声检测仪和数字式超声检测仪 按超声波的通道数：分为单通道超声检测仪和多通道超声检测仪。焊管类自动超声检测系统多采用多通道超声检测仪 .A型显示、B型显示与C型显示 ①A型显示探伤仪：A型显示是一种波形显示，探伤仪荧光屏的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。由反射波的位置可以确定缺陷位置，由反射波的幅度可以估算缺陷大小。 ??? ②B型显示探伤仪：B型显示是一种图象显示，探伤仪荧光屏的横坐标是靠机械扫描来代表探头的扫查轨迹，缴坐标是靠电子扫描来代表声波的传播时间(或距离)，因而可只管地显示出被探工件任一纵截面上缺陷的分布及缺陷的深度。 ??? ③C型显示探伤仪：C型显示也是一种图象显示，探伤仪荧光屏的横坐标和纵坐标都是靠机械扫描来代表探头在工件表面的位置。探头接收信号幅度以光点辉度表示，因而，当探头在工件表面移动时，荧光屏上便显示出工件内部缺陷的平面图象，但不能显示缺陷的深度。 A型、B型、C型三种显示分别如下图所示。 A型脉冲反射式模拟超声检测仪的主要组成部分是：同步电路、扫描电路、发射电路、接收放大电路、显示电路和电源电路等。电路方框图如图4—7所示。 仪器主要开关旋钮的作用及其调整 数字式超声检测仪 数字式超声检测仪是计算机技术和超声检测仪技术相结合的产物。它是在传统的超声检测仪的基础上，采用计算机技术实现仪器功能的精确和自动控制、信号获取和处理的数字化和自动化、检测结果的可记录性和可再现性。因此，它具有传统的超声检测仪的基本功能，同时又增加了数字化带来的数据测量、显示、存储与输出功能。近年来，数字式仪器发展很快，有逐步替代模拟式仪器的趋势。 所谓数字式超声检测仪，主要是指发射、接收电路的参数控制和接收信号的处理、显示均采用数字化方式的仪器。不同的制造商生产的数字式仪器，可能会采用不同的电路设置，保留的模拟电路部分也不相同。但最主要的一点，是探头接收的随时间变化的超声信号，需经模一数转换、数字处理后显示出来。 自动检测设备 传统的接触法手工扫查超声检测具有简便灵活、成本低等优点，但其检测过程受人为因素影响较大。为了提高检测可靠性，对一定批量生产的具有特定形状规格的材料和零件，越来越多地采用自动扫查、自动记录的超声检测系统。在能使探头相对于工件作快速扫查方面，非接触的水浸或喷水检测方式具有很大的优势，因此，大多数自动检测系统均采用水浸法检测。由于超声检测要求扫查到整个工件表面，且在扫查过程中需保持探头相对于入射面的角度和距离不变，因此，应针对不同形状、规格的工件设计专用的机械扫查装置。 4.2 探头 凡能将任何其他形式能量转换成超音频振动形式能量的器件均可用来发射超声波，具有可逆效应时又可用来接收超声波，这类元件称为超声换能器。以换能器为主要元件组装成具有一定特性的超声波发射、接收器件，常称为探头。超声波探头是组成超声检测系统的最重要的组件之一。探头的性能直接影响超声检测能力和效果。 当前超声检测中采用的超声换能器主要有压电换能器、磁致伸缩换能器、电磁声换能器和激光超声换能器。其中最常用的是压电换能器探头，其关键部件是压电晶片，是一个具有压电特性的单晶或多晶体薄片，其作用是将电能转换为声能，并将声能转换为电能。本节主要讨论压电换能器探头。 压电效应 某些晶体材料在交变拉压应力作用下，产生交变电场的效应称为正压电效应。反之，当晶体材料在交变电场作用下，产生伸缩变形的效应称为逆压电效应。正、逆压电效应统称为压电效应。 超声波探头中的压电晶片具有压电效应，当高频电脉冲激励压电晶片时，发生逆压电效应，将电能转换为声能（机械能），探头发射超声波。当探头接收超声波时，发生正压电效应，将声能转换为电能。 压电材料 具有压电效应的材料称为压电材料，压电材料分为单晶材料和多晶材料，常用的单晶材料有石英（SiO2）、硫酸锂（Li2SO4）、铌酸锂（Li