超声波检测设备及原理

1、超声波检测设备及原理超声波检测设备及原理超声检测主要是利用超声波在工件中的传播特性，如声波在通过材料时能量会损失衰超声检测主要是利用超声波在工件中的传播特性，如声波在通过材料时能量会损失衰减，在遇到声阻抗不同的两种介质界面时会发生反射、折射等。其工作原理是：减，在遇到声阻抗不同的两种介质界面时会发生反射、折射等。其工作原理是：1）.声源产生超声波，超声波以一定的方式进入工件传播。声源产生超声波，超声波以一定的方式进入工件传播。2）.超声波在工件中传播遇到不同介质界面（包括工件材料中缺陷的分界面）超声波在工件中传播遇到不同介质界面（包括工件材料中缺陷的分界面） ，使其传，使其传播方向或特征发生改变。播方向或特征发生改变。3）.改变后的超声波通过检测设备被接收，并进行处理和分析，评估工件本身及其内改变后的超声波通过检测设备被接收，并进行处理和分析，评估工件本身及其内部是否存在缺陷及缺陷的特性。部是否存在缺陷及缺陷的特性。第第一一节节 超超声声波波探探伤伤仪仪超超声声波波探探伤伤仪仪、探探头头和和试试块块是是超超声声波波探探伤伤的的重重要要设设备备。了了解解这这些些设设备备的的原原理理、构构

2、造造和和作作用用及及其其主主要要性性能能的的测测试试方方法法是是正正确确选选择择探探伤伤设设备备进进行行有有效效探探伤伤的的保保证证。一一、超超声声波波探探伤伤仪仪概概述述1仪仪器器的的作作用用超超声声波波探探伤伤仪仪是是超超声声波波探探伤伤的的主主体体设设备备，它它的的作作用用是是产产生生电电振振荡荡并并加加于于换换能能器器 （探探头头）上上，激激励励探探头头发发射射超超声声波波，同同时时将将探探头头送送回回的的电电信信号号进进行行放放大大，通通过过一一定定方方式式显显示示出出来来，从从而而得得到到被被探探工工件件内内部部有有无无缺缺陷陷及及缺缺陷陷位位置置和和大大小小等等信信息息。2仪仪器器的的分分类类超超声声仪仪器器分分为为超超声声检检测测仪仪器器和和超超声声处处理理 （或或加加工工）仪仪器器，超超声声波波探探伤伤仪仪属属于于超超声声检检测测仪仪器器。超超声声波波探探伤伤技技术术在在现现代代工工业业中中的的应应用用日日益益广广泛泛，由由于于探探测测对对象象、探探测测目目的的、探探测测场场合合、探探测测速速度度等等方方面面的的要要求求不不同同，因因而而有有各各种种不不同同设设计计的

3、的超超声声波波探探伤伤仪仪，常常见见的的有有以以下下几几种种。1）按按超超声声波波的的连连续续性性分分类类脉脉冲冲波波探探伤伤仪仪：这这种种仪仪器器通通过过探探头头向向工工件件周周期期性性地地发发射射不不连连续续且且频频率率不不变变的的超超声声波波，根根据据超超声声波波的的传传播播时时间间及及幅幅度度判判断断工工件件中中缺缺陷陷位位置置和和大大小小，这这是是目目前前使使用用最最广广泛泛的的探探伤伤仪仪连连续续波波探探伤伤仪仪：这这种种仪仪器器通通过过探探头头向向工工件件中中发发射射连连续续且且频频率率不不变变 (或或在在小小范范围围内内周周期期性性变变化化)的的超超声声波波，根根据据透透过过工工件件的的超超声声波波强强度度变变化化判判断断工工件件中中有有无无缺缺陷陷及及缺缺陷陷大大小小这这种种仪仪器器灵灵敏敏度度低低，且且不不能能确确定定缺缺陷陷位位置置，因因而而已已大大多多被被脉脉冲冲波波探探伤伤仪仪所所代代替替，但但在在超超声声显显像像及及超超声声共共振振测测厚厚等等方方面面仍仍有有应应用用。调调频频波波探探伤伤仪仪：这这种种仪仪器器通通过过探探头头向向工工件件中中发发射射连连续续

4、的的频频率率周周期期性性变变化化的的超超声声波波，根根据据发发射射波波与与反反射射波波的的差差频频变变化化情情况况判判断断工工件件中中有有无无缺缺陷陷。以以往往的的调调频频式式路路轨轨探探伤伤仪仪便便采采用用这这种种原原理理。但但由由于于只只适适宜宜检检查查与与探探测测面面平平行行的的缺缺陷陷，所所以以这这种种仪仪器器也也大大多多被被脉脉冲冲波波探探伤伤仪仪所所代代替替。2）按按缺缺陷陷显显示示方方式式分分类类 A 型型显显示示探探伤伤仪仪：A 型型显显示示是是一一种种波波形形显显示示，探探伤伤仪仪荧荧光光屏屏的的横横坐坐标标代代表表声声波波的的传传播播时时间间(或或距距离离)，纵纵坐坐标标代代表表反反射射波波的的幅幅度度。由由反反射射波波的的位位置置可可以以确确定定缺缺陷陷位位置置，由由反反射射波波的的幅幅度度可可以以估估算算缺缺陷陷大大小小。 B 型型显显示示探探伤伤仪仪：B 型型显显示示是是一一种种图图像像显显示示，探探伤伤仪仪荧荧光光屏屏的的横横坐坐标标是是靠靠机机械械扫扫描描来来代代表表探探头头的的扫扫查查轨轨迹迹，纵纵坐坐标标是是靠靠电电子子扫扫描描来来代代表表声声波波的的

5、传传播播时时间间 (或或距距离离)，因因而而可可直直观观地地显显示示出出被被探探工工件件任任一一纵纵截截面面上上缺缺陷陷的的分分布布及及缺缺陷陷的的深深度度 C 型型显显示示探探伤伤仪仪：C 型型显显示示也也是是一一种种图图像像显显示示，探探伤伤仪仪荧荧光光屏屏的的横横坐坐标标和和纵纵坐坐标标都都是是靠靠机机械械扫扫描描来来代代表表探探头头在在工工件件表表面面的的位位置置。探探头头接接收收信信号号幅幅度度以以光光点点辉辉度度表表示示，因因而而，当当探探头头在在工工件件表表面面移移动动时时，荧荧光光屏屏上上便便显显示示出出工工件件内内部部缺缺陷陷的的平平面面图图像像，但但不不能能显显示示缺缺陷陷的的深深度度A 型型、B 型型、C 型型三三种种显显示示分分别别如如图图 4-1 所所示示。图图 4-1 图图像像显显示示分分类类A 型型显显示示 B 型型显显示示 C 型型显显示示3）按按超超声声波波的的通通道道分分类类单单通通道道探探伤伤仪仪：这这种种仪仪器器由由一一个个或或一一对对探探头头单单独独工工作作，是是目目前前超超声声波波探探伤伤中中应应用用最最广广泛泛的的仪仪器器。多多通通道道探探

6、伤伤仪仪：这这种种仪仪器器由由多多个个或或多多对对探探头头交交替替工工作作，每每一一通通道道相相当当于于一一台台单单通通道道探探伤伤仪仪，适适用用于于自自动动化化探探伤伤。目目前前，探探伤伤中中广广泛泛使使用用的的超超声声波波探探伤伤仪仪，如如 CTS 一一 22、CTS 一一 26 等等都都是是 A 型型显显示示脉脉冲冲反反射射式式探探伤伤仪仪。二二、A 型型脉脉冲冲反反射射式式超超声声波波探探伤伤仪仪的的一一般般工工作作原原理理1仪仪器器方方框框电电路路图图图图 4 4- -2 2 采采用用方方框框电电路路图图表表示示仪仪器器各各部部分分，各各方方框框之之间间用用线线条条连连起起来来，表表示示各各部部分分之之间间的的关关系系，说说明明仪仪器器的的大大致致结结构构和和工工作作原原理理。图图 4 4- -2 2 仪仪器器方方框框电电路路图图2 2仪仪器器主主要要组组成成部部分分的的作作用用1 1）同同步步电电路路：同同步步电电路路又又称称触触发发电电路路，它它每每秒秒钟钟产产生生数数十十至至数数千千个个脉脉冲冲，用用来来触触发发探探伤伤仪仪扫扫描描电电路路、发发射射电电路路等等，使使之

7、之步步调调一一致致、有有条条不不紊紊地地工工作作。因因此此，同同步步电电路路是是整整个个探探伤伤仪仪的的“中中枢枢” ，同同步步电电路路出出了了故故障障，整整个个探探伤伤仪仪便便无无法法工工作作。2 2）扫扫描描电电路路：见见图图 4 4- -3 3，扫扫描描电电路路又又称称时时基基电电路路，用用来来产产生生锯锯齿齿波波电电压压，加加在在示示波波管管水水平平偏偏转转板板上上，使使示示波波管管荧荧光光屏屏上上的的光光点点沿沿水水平平方方向向作作等等速速移移动动，产产生生一一条条水水平平扫扫描描时时基基线线。探探伤伤仪仪面面板板上上的的深深度度粗粗调调、微微调调、扫扫描描延延迟迟旋旋钮钮都都是是扫扫描描电电路路的的控控制制旋旋钮钮。探探伤伤时时，应应根根据据被被探探工工件件的的探探测测深深度度范范围围选选择择适适当当的的深深度度档档级级，井井配配合合微微调调旋旋钮钮调调整整，使使刻刻度度板板水水平平轴轴上上每每一一格格代代表表一一定定的的距距离离。扫扫描描电电路路的的方方框框图图及及其其波波形形见见图图。图图 4 4- -3 3 扫扫描描电电路路图图3）发发射射电电路路：见见图图 4-4，

8、发发射射电电路路利利用用闸闸流流管管或或 晶闸管晶闸管的的开开关关特特性性，产产生生几几百百伏伏至至上上千千伏伏的的电电脉脉冲冲。电电脉脉冲冲加加于于发发射射探探头头，激激励励压压电电晶晶片片振振动动，使使之之发发射射超超声声波波，可可控控硅硅发发射射电电路路的的典典型型电电路路如如图图所所示示。图图 4 4- -4 4 发发射射电电路路图图发发射射电电路路中中的的电电阻阻 R0称称为为阻阻尼尼电电阻阻，用用发发射射强强度度旋旋钮钮可可改改变变 R0的的阻阻值值。阻阻值值大大发发射射强强度度高高，阻阻值值小小发发射射强强度度低低，因因 R0与与探探头头并并联联，改改变变 R0同同时时也也改改变变了了探探头头电电阻阻尼尼大大小小，即即影影响响探探头头的的分分辨辨力力。4）接接收收电电路路：见见图图 4-5，接接收收电电路路由由衰衰减减器器、射射频频放放大大器器、检检波波器器和和视视频频放放大大器器等等组组成成。它它将将来来自自探探头头的的电电信信号号进进行行放放大大、检检波波，最最后后加加至至示示波波管管的的垂垂直直偏偏转转板板上上，井井在在荧荧光光屏屏上上显显示示。由由于于接接收收的的

9、电电信信号号非非常常微微弱弱，通通常常只只有有数数百百微微伏伏到到数数伏伏，而而示示波波管管全全调调制制所所需需电电压压要要几几百百伏伏，所所以以接接收收电电路路必必须须具具有有约约 105的的放放大大能能力力。接接收收电电路路的的性性能能对对探探伤伤仪仪性性能能影影响响极极大大，它它直直接接影影响响到到探探伤伤仪仪的的垂垂直直线线性性、动动态态范范围围、探探伤伤灵灵敏敏度度、分分辨辨力力等等重重要要技技术术指指标标。接接收收电电路路的的方方框框图图及及其其波波形形如如图图所所示示。图图 4 4- -5 5 接接收收电电路路图图由由大大小小不不等等的的缺缺陷陷所所产产生生的的回回波波信信号号电电压压大大约约有有几几百百微微伏伏到到几几伏伏，为为了了使使变变化化范范围围如如此此大大的的缺缺陷陷回回波波在在放放大大器器内内得得到到正正常常的的放放大大，并并能能在在示示波波管管荧荧光光屏屏的的有有效效观观察察范范围围内内正正常常显显示示，可可使使用用衰衰减减器器改改变变输输入入到到某某级级放放大大器器信信号号的的电电平平。一一般般把把放放大大器器的的电电压压放放大大倍倍数数用用分分贝贝来来表表示示：）（ 入出dBKVUUlg20式中式中 KvKv电压放大倍数的分贝值；电压放大倍数的分贝值；U U出出放大器的输出电压；放大器的输出电压；U U入入放大器的输入电压，一般探伤仪的电压放大倍数可达放大器的输入电压，一般探伤仪的电压放大倍数可达 10104 410105 5倍，相当于倍，相当于8080100dB100dB。探探伤伤仪仪面面板板上上的的增增益益、衰衰减减器器、抑抑制制等等旋旋钮钮是是放放大大电电路路的的控控制制旋旋钮钮。增增益益旋旋钮钮用用来来改改变变放放大大器器的的增增益益，增增益益数数值值大大，探探伤伤灵灵敏敏度度高高。衰

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