1、超聲波探傷儀的使用和性能測試一、 實驗目的1、 了解超聲波探傷儀的工作原理。2、 掌握超聲波探傷儀的使用方法。3、 掌握儀器主要性能如水平線性、垂直線性、動態范圍、分辨力、靈敏度余量等的測試方法。二、 實驗原理目前在實際探傷中，廣泛應用的是A型脈沖反射式超聲波探傷儀。這種儀器熒光屏橫坐標表示超聲波在工作中的傳播時間（或傳播距離），縱坐標表示反射回波波高。根據熒光屏上缺陷波的位置和高度可以判定缺陷的位置和大小。A型脈沖反射式超聲波探傷儀由同步電路、發射電路、接受放大電路、掃描電路（又稱時基電路），顯示電路和電源電路等部分組成。其工作原理如圖1所示。電路接通以后，同步電路產生脈沖信號，同時觸發發射

2、電路、掃描電路。發射電路被觸發以后高頻脈沖作用于探頭，通過探頭的逆電壓效應將信號轉換為聲信號，發射超聲波。超聲波在傳播過程中遇到異質界面（缺陷或底面）反射回來被探頭接受。通過探頭的正壓電效應將聲信號轉換為電信號送至放大電路被放大檢波，然后加到熒光屏垂直偏轉板上，形成重疊的缺陷波F和底波D。掃描電路被觸發以后產生鋸齒波，加到熒光屏水平偏轉板上，形成圖1 A型脈沖反射式超聲波探傷儀的電路方型圖一條掃描亮線，將缺陷波F和底波D按時間展開。A型脈沖反射式探傷儀型號各異，但主要旋鈕和調節方法基本相同。1、 掃描基線的顯示與調節【電源開關】置“開”時，儀器電源接通，面板上電壓指示紅區，約1分鐘后，熒光屏上

3、顯示掃描基線。【輝度】調節掃描基線的明亮程度。【聚焦】與【輔助聚焦】調節掃描基線的清晰程度。【垂直】調節掃描基線在垂直方向的位置。【水平】調節掃描基線在水平的位置。一般不用調。2、 工作方式的選擇單探頭一只探頭兼作發射和接收。雙探頭一只探頭發射，另一只探頭接收。3、 探測范圍的調節【粗調】或【深度范圍】根據工件厚度粗調探測范圍。【微調】微調探測范圍，微調與【脈沖移位】（CTS-32）配合使用，可按一定比例調節掃描基線。CTS-32最大探測范圍為5000mm.4、 工作頻率的選擇【頻率選擇】調節超聲波探測頻率，即探頭晶片振動頻率。頻率選擇一般視材料的衰減和發現的最小缺陷而定。當材料衰減小，要求發

4、現的缺陷小時，宜選用較高頻率；反之可選用較低的頻率。頻率選定以后，注意使儀器與探頭頻率一致，否則靈敏度會降低。CTS-32采用寬頻帶放大器，儀器的工作頻率取決于探頭的實際工作頻率。5、 重復頻率的選擇【重復頻率 】調節儀器同步脈沖的頻率，重復頻率是儀器每秒鐘內產生脈沖的次數。 重復頻率高，單位時間內掃描次數多，熒光屏圖象亮度高，便于觀察。但這時每次發射脈沖的強度減弱了，因此儀器的靈敏度有所下降。重復頻率過高，往往在缺陷回波出現之前，第二次同步信號就開始掃描，從而熒光屏上出現幻影，干擾正常探傷，造成漏檢。 CTS-32【重復頻率 】與【深度范圍】同軸，一般不會出現幻影。6、 儀器靈敏度的調節儀器

5、靈敏度是指儀器輸出功率的大小，輸出功率大，靈敏度高，反之靈敏度低。儀器靈敏度可以通過【增益】、【衰減器】、【抑制】、【發射強度】等旋鈕來調節。【增益】通過調節接收放大器的放大倍數來調節熒光屏上的波高使之準確達到規定高。增益大，靈敏度高。【衰減器】定量地調節熒光屏上的波高，常用于比較某回波高與基準波高的相對高度，單位為dB。衰減器分粗調與細調，均為步進式調節。【抑制】限制檢波后信號的輸出幅度。抑制雜波，提高信噪比。使用【抑制】，將使儀器的垂直線性變壞，動態范圍變小。因此當使用熒光屏面板對缺陷定量時，不得使用（抑制）。抑制增加，靈敏度降低。【發射強度】調節發射脈沖的輸出的功率。發射強度強，靈敏度高

6、。但這時脈沖寬度增大，分辨力降低。7、 掃描選擇【同步】同步電路同時觸發掃描電路和發射電路，熒光屏上完整地顯示始波T、缺陷波F和底波B。【延遲】掃描延遲于發射脈沖一段時間，使始脈沖之后一定范圍不顯示回波，而把后面更遠聲程的回波顯示出來，可用于較深缺陷展寬分析。8、 深度補償【深度補償】是用改變放大量的方法來補償超聲波在介質中的衰減，使位于不同深度的相同反射體得到同樣高度的回波。使用【深度補償】后將破壞反射體距離波幅曲線的正常變化規律，實際探傷一般不用。當工件衰減很大時才用。儀器的主要性能儀器性能僅與儀器有關。儀器主要性能有水平線性、垂直線性和動態范圍。1、 水平線性儀器熒光屏上時基線水平刻度值

7、與實際聲程成正比的程度，稱為儀器的水平線性或時基線性。水平線性主要取決于掃描鋸齒波的線性。儀器水平線性的好壞直接影響測距精度，進而影響缺陷定位。2、 垂直線性儀器熒光屏上的波高與輸入信號幅度成正比的程度稱為垂直線性或放大線性。垂直線性主要取決于放大器的性能。垂直線性的好壞影響應用面板曲線對缺陷定量的精度。3、動態范圍儀器的動態范圍是指反射信號從垂直極限衰減到消失時所需的衰減量，也就是儀器熒光屏容納信號的能力。影響動態范圍的主要因素的儀器的線性范圍和熒光屏的大小。儀器與探頭的主要綜合性能儀器與探頭的主要綜合性能不僅與儀器有關，而且與探頭有關。主要綜合性能有盲區、分辨力、靈敏度余量等。1、 盲區從

8、探測面到能發現缺陷的最小距離，稱為盲區。盲區內缺陷一概不能發現。盲區與放大器的阻塞時間和始脈沖寬度有關，阻塞時間長，始脈沖寬，盲區大。2、分辨力在熒光屏上區分距離不同的相鄰兩缺陷的能力稱為分辨力。能區分的兩缺陷的距離愈小，分辨力就愈高。分辨力與脈沖寬度有關，脈沖寬度小，分辨力高。3、靈敏度余量靈敏度余量是指儀器與探頭組合后，在一定的探測范圍內發現微小缺陷的能力。具體指從一個規定測距孔徑的人工試塊上獲得規定波高時儀器所保留的dB數。保留的dB數愈高，說明綜合靈敏度愈高。三、實驗儀器設備1.、儀器：CTS-32。2.、探頭： 2.5MHzf20或2.5 MHzf14的直探頭)。3.、試塊：CSK-

9、IA、200F1平底孔試塊等。4.、耦合劑：機油。四、實驗要求1、要求學生加強理解超聲探傷的基本原理，了解探傷儀的功能和熟悉探傷儀的操作；2、要求學生能獨立操作每一個實驗步驟，了解和掌握其相關的原理，培養學生熟練的試驗操作。五、實驗內容1、水平線性的測試(1) 調有關旋鈕時基線清晰明亮，并與水平刻度線重合。(2) 將探頭通過耦合劑置于CSK-IA或IIW試塊上，如圖2的A處。(3) 調【微調】、【水平】或【脈沖移位】等按鈕，使熒光屏上出現五次底波B1-B5,且使B1， B5前沿分別對準水平刻度值20和100，如圖3。(4) 觀察記錄B2 、B3 、B4與水平刻度值40，60，80的偏差值a2

10、,a3 ,a4d(5) 計算水平線性誤差：式中 max0.8b´100% a1、a2、a3中最大者， amaxb熒光屏水平滿刻度值。圖2 水平、垂直線性測試圖3 水平線性測試波形2、垂直線性的測試(1) 【抑制】至“0”，【衰減器】保留30dB衰減余量。(2) 探頭通過耦合劑置于CSK-IA，如圖2是B處。(3) 調【增益】使底波達熒光屏滿幅度100，但不飽和，作為0dB。(4) 固定【增益】，調【衰減器】，每次衰減2dB，并記下相應回波高度打，填入表1表中： 相對波高衰減Didb波高Hi´100% 衰減0db波高H0DiæHiöæ1Hi

11、46;20理想相對波高ç%=10´100%20lg=-Di÷ç÷ HnH0è0øèø(5) 計算垂直線性誤差D= (+d2)%d1 實測值與理想值的最大正偏差；d2 實測值與理想值的最大負偏差；3. 動態范圍的測試(1) 【抑制】至“0”，【衰減器】保留30dB。(2) 探頭置于圖2的A處，調【增益】使底波達熒光屏滿幅度80。(3) 固定【增益】，記錄這時衰減余量N1，調【衰減器】使底波降1mm,記下這時的衰減余量N2。(4) 計算動態范圍：N2-N1 (db)4. 分辨率的測定(1) 【抑制】至“0”，

12、其它旋鈕位置適當。(2) 探頭置于圖4 所示的CSK-IA的III處，前后左右移動探頭，使熒光屏出現聲程為85，91，100的三個反射波。(3) 當A,B,C不能分開時，如圖5（a），則分辨率為F1= (91-85) a6a=(mm) a-ba-b(4) 當A,B,C能分開時，如圖5（b），則分辨率為F1= (91-85)c6c=(mm) a-ba-b5. 靈敏度余量的測試(1) 【抑制】至“0”， 【增益】最大，【發射強度】至強。(2) 連接探頭，調節【衰減器】使儀器噪聲電子為滿幅度10，記錄這時【衰減器】的讀數N1。(3) 探頭置于圖6所示的靈敏度余量試塊上（200F1平底孔試塊），調【衰減器】使平底孔回波達滿幅度80，這時【衰減器】的讀數N2。 (4) 計算：靈敏度余量NN2-N1 (db)(a) A、B不能分開(b) A、B能分開圖4 分辨率測試圖5 測分辨率波形圖6 靈敏度余量六、實驗報