第2章超声检测仪器探头和试块.docVIP

PAGE PAGE 76 第2章 超声检测设备与器材 超声检测设备与器材包括超声检测仪、探头、耦合剂和对比试块等。其中仪器和探头是检测设备的关键部分。了解其原理、构造和作用及其性能，是正确选择检测设备与器材并进行有效检测的保证。 2.1 超声检测仪 超超声检测仪是利用超声波的声学特性对材料缺陷进行无损检测的一种电子仪器，是超声检测中的主体设备。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，将其放大后以一定的方式显示出来，从而得到被检工件中有关缺陷的信息。 2.1.1 超声检测仪的分类 一．概述 按照其指示的参量分类，超声检测仪器可以分为下述三类： 1．穿透式检测仪： 这种仪器指示声的穿透能量。仪器发射单一频率的连续波信号，根据透过试件的超声波强度来判断试件中有无缺陷及缺陷的大小，是最初发明的超声检测仪的形式。由于这种仪器对缺陷检测灵敏度较低，且不能确定缺陷的位置，可操作性也受到限制，目前已很少使用。 2．共振检测仪： 这种仪器指示频率可变的超声连续波在试件中形成共振的情况，用于共振法测厚，目前也使用较少。 3．脉冲反射反射式超声检测仪 这种仪器指示反射声波的幅度和传播时间，称为脉冲反射式检测仪。这类仪器通过探头向工件周期性地发射一持续时间很短的电脉冲，激励探头发射脉冲超声波，并接收从工件中反射回来的脉冲波信号，通过检测信号的返回时间和幅度来判断是否存在缺陷和缺陷的大小等情况，称为脉冲反射式超声检测仪。目前还出现了采用一发一收双探头方式，接收从工件中衍射回来的脉冲波信号，通过检测信号的返回时间来判断是否存在缺陷和缺陷的大小等情况，称为衍射时差法超声检测仪。脉冲反射式检测仪的信号显示方式可分为A、B、C三种类型，又称为A扫描、B扫描、C扫描。其中超声成像显示又可分为B、C、D、S、P型显示等类，其中A型脉冲反射式超声检测仪是使用最广泛的，最基本的一种类型。 除了上述按照原理的差异分类以外，根据采用的信号处理技术，超声检测仪还可分为模拟式和数字式仪器，按照不同的用途设计有便携式检测仪、非金属检测仪、超声测厚仪等。 二．A型显示、B型显示和C型显示 1．A型显示 A型显示是将超声信号的幅度与传播时间的关系以直角坐标的形式显示出来（图2-1）。横轴为时间，纵轴为信号幅度。如果超声波在均质材料中传播，声速是恒定的，则传播时间可转变为传播距离。因此，从A型显示中可以得到反射点距声入射点的距离（如纵波垂直入射检验时缺陷的深度，用于确定缺陷的位置），以及回波幅度的大小（用来判断缺陷的当量尺寸）。 图2-1所示为脉冲反射法检测的典型A型显示图形，左侧幅度很高的脉冲T称为始脉冲或始波，是反射脉冲直接进入接收器后在荧光屏上的起始位置显示出来的脉冲信号，右侧的回波B称为底波或底面回波，是超声波传播到与入射面相对的工件底面产生的反射波，中间的回波F则为缺陷的反射波。 图2-1 A型显示原理图 A型显示具有检波与非检波两种形式，非检波信号又称为射频信号，是探头输出的脉冲信号的原始形式，可用于分析信号特征，如图2-2（a）所示；检波形式是探头输出的脉冲信号经检波后显示的形式，由于检波形式可将时基线从屏幕中间移到刻度板底线，可观察的幅度范围增加了一倍。同时，图形较为清晰简单，便于判断信号的存在及读出信号幅度。但检波形式与非检波形式相比，失去了其中的相位信息。如图2-2（b）所示。 （a）射频波形（未检波） （b）视频波形（检波后） 图2-2 A型显示波形图 2．B型显示 B型显示是试件的一个二维截面图，将探头在试件表面沿一条线扫查时的距离作为一个轴的坐标，另一个轴的坐标是声传播的时间(距离)。图2-3为B型显示原理图。 早期的B型显示，是在每个探头位置上，记录下脉冲信号出现的深度位置（传播时间），在相应的位置上以亮点显示出信号的存在，没有回波脉冲的位置则无显示。随着计算机技术的应用，现在的B型显示通常将时间轴上不同深度的信号幅值全部采集下来，在每个探头移动位置沿时间轴用不同的亮度（或颜色）显示出信号的幅度。将上下表面回波也包含在时间轴显示范围以内，则可以从图中看出缺陷在该截面的位置、取向与深度。由信号的亮度（或颜色）可以获得缺陷信号幅度的信息。图2-4为典型的B型显示图象。 图2-3 B型显示原理图 图2-4 典型的B型显示图象 3．C型显示 C型显示是试件的一个平面投影图。探头在试件表面作二维扫查，显示屏的二维坐标对应探头的扫查位置。在每一探头移动位置，将某一深度范围的信号幅度用电子门选出，用亮度或颜色代表信号的幅度大小，显示在对应的探头位置上，则可得到某一深度范围缺陷的二维