北京超聲探傷儀檢定原理的淺析

隨著現(xiàn)代集成電路及軟件的快速發(fā)展，數(shù)字超聲北京探傷儀得到迅速發(fā)展及廣泛應(yīng)用，數(shù)字超聲北京探傷儀是基于模擬超聲北京探傷儀探傷原理的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，模擬超聲探傷儀將探傷結(jié)果以模擬信號(hào)方式顯示在顯示器上，數(shù)字超聲探傷儀將探傷結(jié)果經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、數(shù)字整流、數(shù)據(jù)壓縮變成數(shù)字信號(hào)交由電腦處理后在顯示器上顯示。二者有很大的不同，但對(duì)試件探傷的原理還是相同的。做為計(jì)量檢定人員對(duì)模擬超聲探傷儀檢定原理的理解對(duì)今后從事數(shù)字超聲探傷儀計(jì)量工作會(huì)有所幫助。

1 A型脈沖反射式超聲探傷儀探傷過(guò)程

JJG 746-2004《超聲探傷儀》檢定規(guī)程適用于模擬超聲探傷儀，在下文敘述中超聲探傷儀指的是模擬超聲探傷儀，A型脈沖反射式超聲探傷儀電路方框圖如圖1所示。

同步電路產(chǎn)生觸發(fā)脈沖同時(shí)加至掃描電路和發(fā)射電路，掃描電路受觸發(fā)開(kāi)始工作，產(chǎn)生鋸齒波掃描電壓，加至顯示屏水平偏轉(zhuǎn)板上，在顯示器上產(chǎn)生一條水平掃描線。發(fā)射電路受觸發(fā)產(chǎn)生高頻窄脈沖，加至探頭，激勵(lì)壓電晶片振動(dòng)，在工件中產(chǎn)生超聲波。超聲波在工件中傳播，遇缺陷或底面發(fā)生發(fā)射，返回探頭時(shí)又被壓電晶片轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)接收電路放大和檢波，加至示波管垂直偏轉(zhuǎn)板上。在水平掃描線的相應(yīng)位置上產(chǎn)生缺陷波和底波。根據(jù)缺陷波的位置可以確定缺陷的埋藏深度，根據(jù)缺陷波的幅度可以估算缺陷當(dāng)量的大小。

2 超聲探傷儀性能的檢定

超聲探傷儀性能是指僅與儀器有關(guān)的性能，依據(jù)JJG 746-2004《超聲探傷儀檢定規(guī)程》的要求，可對(duì)超聲探傷儀的水平線性、衰減器誤差、垂直線性、動(dòng)態(tài)范圍、電噪聲電平、使用靈敏度等性能指標(biāo)進(jìn)行校準(zhǔn)。    

2.1 水平線性

水平線性是指探傷儀水平掃描線掃描速度的均勻程度。水平線性影響缺陷定位的準(zhǔn)確性，影響水平線性的主要因素是掃描電路和顯示電路。

缺陷所產(chǎn)生的反射波信號(hào)電壓從幾百微伏到幾伏，而示波管全調(diào)制所需電壓幾百伏，所以接收放大電路必須具有約105的放大能力，通常超聲探傷儀的電壓放大倍數(shù)用公式（1）表示：

[Kv=20lgU出U入] （1）

式中：[Kv]——電壓放大倍數(shù)，dB;[U出]——放大器的輸出電壓，V;[U入]——放大器的輸入電壓，V。

探傷儀電壓放大倍數(shù)應(yīng)達(dá)到80～100 dB左右。探傷儀面板上可調(diào)增益旋鈕用于調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。與增益相對(duì)應(yīng)的是衰減，一般探傷儀總衰減量80左右。檢定規(guī)程要求衰減器衰減總量不小于60。

衰減器的作用是調(diào)節(jié)探傷靈敏度和測(cè)量反射波振幅，衰減大，幅度低的反射波在顯示器上看不到，探傷靈敏度降低;反之，探傷靈敏度提高。衰減器誤差越小，缺陷探測(cè)的可靠性和缺陷定量的準(zhǔn)確性越高。影響衰減器的主要因素是接收電路放大。

2.2 垂直線性

垂直線性即放大線性或幅度線性，是指反射波高度與輸入信號(hào)電壓成正比關(guān)系的程度。理論上JJG 746-2004《超聲探傷儀》檢定規(guī)程中表2波形幅度與衰減量對(duì)應(yīng)表轉(zhuǎn)換為時(shí)坐標(biāo)圖應(yīng)為一條直線。垂直線性差，反射波高度與輸入信號(hào)電壓不成正比，坐標(biāo)圖不為一條直線。用波高確定缺陷當(dāng)量就會(huì)產(chǎn)生誤差。影響垂直線性的主要因素是接收放大電路。    

2.3 動(dòng)態(tài)范圍

動(dòng)態(tài)范圍是探傷儀熒光屏上反射波幅度從垂直刻度降至剛能辨認(rèn)之較小值時(shí)衰減器的變化范圍。動(dòng)態(tài)范圍大，探傷靈敏度高。影響動(dòng)態(tài)范圍的主要因素是接收電路放大。

2.4 探傷儀使用靈敏度

探傷儀使用靈敏度是在探傷儀靈敏度達(dá)較高時(shí)（增益、掃描范圍較大，衰減和抑制為0），探傷儀發(fā)現(xiàn)較小缺陷的能力。較小缺陷的信號(hào)幅值要比電噪聲電平高6 dB。超聲探傷儀檢定裝置輸出脈沖信號(hào)，使探傷儀顯示屏上顯示的高頻信號(hào)的峰-峰值比電噪聲電平高6 dB，用示波器測(cè)量高頻信號(hào)峰-峰值電壓，該電壓值就是該頻率下探傷儀的使用靈敏度。為使高頻信號(hào)峰-峰值電壓幅值比電噪聲電平高6 dB，超聲探傷儀檢定裝置的衰減器衰減已調(diào)較大，還需借用探傷儀衰減器衰減，總衰減值為二者之和。用公式（2）進(jìn)一步說(shuō)明

[Δ=20lgU1U2]

式中：[Δ]——總衰減值，dB;[U1]——示波器測(cè)量高頻信號(hào)峰-峰值電壓，mV;[U2]——探傷儀接收系統(tǒng)較大使用靈敏度，μV。

較大使用靈敏度是指探傷儀靈敏度達(dá)較高時(shí)，輸入給探傷儀較小的脈沖調(diào)制高頻信號(hào)峰-峰值電壓。

3 超聲探傷儀和探頭組合性能的檢定

JJG 746-2004《超聲探傷儀》檢定規(guī)程中探傷靈敏度余量、掃描范圍、分辨力的檢定是對(duì)超聲探傷儀和探頭組合性能進(jìn)行檢定

3.1 探傷靈敏度余量    

探傷靈敏度余量與探傷儀和探頭綜合性能有關(guān)，因此又叫探傷儀和探頭的組合靈敏度。探傷靈敏度余量是指探傷儀靈敏度達(dá)較高時(shí)，發(fā)現(xiàn)較小缺陷的能力。探傷靈敏度余量大，組合靈敏度高;反之，組合靈敏度低。影響探傷靈敏度余量的主要因素是接收電路放大、探頭特性、探測(cè)頻率、反射體深度和尺寸。

3.2 掃描范圍

掃描范圍與探傷儀和探頭綜合性能有關(guān)，掃描范圍大，可探傷的試件尺寸就越大。掃描范圍與掃描電路、發(fā)射電路、接收放大電路、探頭有關(guān)。

3.3 分辨力

分辨力是指能夠把兩個(gè)相鄰缺陷（距探頭不同距離）作為兩個(gè)反射信號(hào)區(qū)別出來(lái)的能力。分辨力有縱向分辨力和橫向分辨力，檢定規(guī)程規(guī)定的是縱向分辨力。影響分辨力的主要因素是發(fā)射強(qiáng)度、探頭特性、回波寬度等。