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脉冲重复频率 关于脉冲超声波的重复频率问题
关于脉冲超声波的重复频率问题 为什么检测厚工件要重复频率低(是为了避免幻像波吗),检测薄工件要重复频率高?重复频率与灵敏度有什么关系? 1 脉冲超声波的两个频率术语 1.1 工作频率 即脉冲包络线内超声波的频率,这是大家熟悉的标称频率、中心频率等相近…
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关于脉冲超声波的重复频率问题 为什么检测厚工件要重复频率低(是为了避免幻像波吗),检测薄工件要重复频率高?重复频率与灵敏度有什么关系?
1 脉冲超声波的两个频率术语
1.1 工作频率
即脉冲包络线内超声波的频率,这是大家熟悉的标称频率、中心频率等相近术语,具体数值为5MHz、2.5MHz等。
1.2 重复频率
即每秒发射超声脉冲的次数,又叫脉冲频率、扫描频率。设脉冲周期为τ,则重复频率fh=1/τ。
2 关于重复频率
2.1 为什么需要有重复频率?
脉冲波是持续时间短、间隔时间长的波;但在检测时,又必须是重复发射的波。这是因为:
1)保持荧光屏脉冲信号有一定亮度。脉冲频率所以叫“重复频率”,是因为前后两个脉冲时间间隔近似为τ,但它们在荧光屏上脉冲的位置却是重复的、重合的,所以重复频率越高,荧光屏脉冲亮度也越高。荧光屏脉冲亮度低,不利于观察。根据人眼的视觉暂留和荧光屏的荧光暂留现象,一般认为:在探头不移动时,要求产生稳定图像最少的重复频率fh为20Hz。
2)检测期间内,探头在不停地运动,重复发来的脉冲波要保证声束扫查到应检部位的全部体积。资料〔1〕认为:在标准规定的扫查速度下,当fh低于40Hz时,不利于实时扫查。
2.2 对重复频率的具体要求
然而,重复频率并非越高越好。重复频率高,会使荧光屏整个背景亮度高,甚至会有幻象闪烁,且还可能会导致不同脉冲信号间相互干扰。另外,重复频率高,仪器的功耗大,携带不便,一般认为fh不大于500Hz为宜。
综合考虑上述利弊,超声仪器标准要求fh在50Hz~500Hz之间(?记忆不准,待查)。
2.3 重复频率与工件厚度的关系
两个时间间隔近似为τ的脉冲,它们的影像在荧光屏上是重合的,但它们的声程差却很大。例如横波在钢中的速度Cs=3230m/s,假定重复频率fh=500Hz,两个脉冲的声程差为6.46米。这个声程差之少半为3m,可视为衰减小材料横波的最大理论扫描范围(即不与相邻脉冲相互干涉的范围)。而我们检测的工件最大厚度通常小于1m。所以在fh不大于500Hz时,不会发生脉冲信号干涉现象,似乎重复频率与工件厚度,没什么关系。“厚工件要重复频率低,薄工件要重复频率高”这样叙述,可能对厚度大于1m的工件,或fh1000Hz钢件而言的。一般情况下,如fh在80~200Hz,不需要考虑重复频率与工件厚度的关系。
2.4 重复频率和灵敏度的关系
这个问题,可能是:重复频率低、高,影响人眼的识别灵敏度。在50~500Hz范围内,重复频率低时,背景暗,脉冲亮度与背景亮度对比度大,检测灵敏度较高,但重复频率不可小于50Hz;在重复频率高时,脉冲亮度大,背景亮度也大,但由于荧光疲劳,脉冲亮度与背景对比度反而小了,可能还有幻象波,影响检测可靠性,影响到细小缺陷检出,故而检测灵敏度变低了。
参考资料:资料〔1〕:《美国无损检测手册.超声卷(上册)》1996中译本.
补充:关于荧光屏背景亮度与脉冲亮度的关系
我认为:每次发射,除了脉冲部分外,还要给荧光屏整个背景一定亮度,这是开机就可见的事实。
在fh=50~500Hz范围内,脉冲和背景都有亮度维持和叠加问题。重复频率高,除脉冲亮度高外,还会使荧光屏整个背景亮度高,这是必然的。当然这些,首先要决定于电子枪发射电子束强度。
问题的关键在于一荧光屏亮度与电子枪发射电子束强度之间的关系,不是线性关系,类似增感型胶片特性曲线,荧光屏亮度达到一定亮度,有反转区---荧光疲劳。脉冲部分电子束强度大,亮度大;但可能因为反转,亮度Lm不因电子束强度大而变大,反而变小了;而背景部分电子束强度小,亮度Lb却可能线性上升,因此,对比度Lm/Lb变小了。这是叠加有害的事例。
关于脉冲超声波的重复频率问题
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