實驗一超聲波探傷儀的使用及其性能測試

1、武漢大學(xué)實驗報告超聲波探傷儀的使用及其性能測試院系名稱 ：動力與機械學(xué)院專業(yè)名稱 ：材料類 實驗一 超聲波探傷儀的使用及其性能測試一、 實驗?zāi)康?、熟悉脈沖反射式超聲波探傷儀的使用方法。2、掌握超聲波探傷儀主要性能及探頭主要綜合性能的測試方法。二、 實驗原理1、 超聲探傷儀簡介目前在實際探傷中，廣泛應(yīng)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(biāo)表示超聲波在工作中的傳播時間（或傳播距離），縱坐標(biāo)表示反射回波波高。根據(jù)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(fā)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

2、工作原理如圖1所示。同步電路掃描電路發(fā)射電路接收放大電路電源探頭缺陷TFB工件圖1 A型脈沖反射式超聲波探傷儀的電路方型圖 儀器的工作過程為：電路接通以后，同步電路產(chǎn)生脈沖信號，同時觸發(fā)發(fā)射電路、掃描電路。發(fā)射電路被觸發(fā)以后高頻脈沖作用于探頭，通過探頭的逆電壓效應(yīng)將信號轉(zhuǎn)換為聲信號，發(fā)射超聲波。超聲波在傳播過程中遇到異質(zhì)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(yīng)將聲信號轉(zhuǎn)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(zhuǎn)板上，形成重疊的缺陷波F和底波D。掃描電路被觸發(fā)以后產(chǎn)生鋸齒波，加到熒光屏水平偏轉(zhuǎn)板上，形成一條掃描亮線，將缺陷波F和底波D按時間展開完整的顯示在熒光屏上

3、。脈沖反射式超聲波探傷儀具有以下特點（1）、以熒光屏橫坐標(biāo)表示傳播距離，以縱坐標(biāo)表示回波高度。（2）、可做單探頭或雙探頭探傷。（3）、在聲束覆蓋區(qū)，可以同時顯示不同聲程上的多個缺陷。（4）、適應(yīng)性較廣，可以不同探頭進行縱波、橫波、表面波、板波等多種波型探傷。（5）、只能以回波高度來表示反射量，因此缺陷量值顯示不直觀，結(jié)果判斷受人為因素影響較多。2、儀器各旋鈕的調(diào)節(jié)（1）、掃描基線的顯示與調(diào)節(jié)【電源開關(guān)】置“開”時，儀器電源接通，面板上電壓指示紅區(qū)，約1分鐘后，熒光屏上顯示掃描基線。【輝度】調(diào)節(jié)掃描基線的明亮程度。【聚焦】與【輔助聚焦】調(diào)節(jié)掃描基線的清晰程度。【垂直】調(diào)節(jié)掃描基線在垂直方向的位置

4、?！舅健空{(diào)節(jié)掃描基線在水平的位置，可以在不改變掃面比例的情況下使整個時間軸左右移動。此旋鈕與調(diào)節(jié)探測范圍的【粗調(diào)】、【微調(diào)】配合，用于直探頭和斜探頭掃描比例的調(diào)整。CTS-22型儀器的【脈沖位移】具有一般儀器的“水平位移”功能。CTS-22型儀器的【輔助聚焦】、【輔助聚焦】、【垂直】、【水平】旋鈕為內(nèi)調(diào)式，出廠時已調(diào)好，使用時一般不必再調(diào)，如需調(diào)節(jié)則打開儀器上蓋板按說明書調(diào)節(jié)好。（2）、工作方式的選擇單探頭一只探頭兼作發(fā)射和接收。雙探頭一只探頭發(fā)射，另一只探頭接收。（3）、探測范圍的調(diào)節(jié)【粗調(diào)】或【深度范圍】根據(jù)工件厚度粗調(diào)探測范圍?！疚⒄{(diào)】微調(diào)探測范圍，微調(diào)與【脈沖移位】（CTS-22）配

5、合使用，可按一定比例調(diào)節(jié)掃描基線。（4）、顯示選擇【檢波】熒光屏上顯示的是檢波后的單向波形，是一種常用波形。（5）、掃描選擇【同步】同步電路同時觸發(fā)掃描電路和發(fā)射電路，掃描與發(fā)射高頻脈沖同時開始，同步掃描，熒光屏上可完整顯示始波、傷波和底波?！狙舆t】掃描延遲電路加在同步電路與掃描電路之間，講同步脈沖觸發(fā)掃描電路的時間延長，即掃描遲于發(fā)射以后進行，CTS-22型儀器的脈沖【脈沖位移】旋鈕同時具有“掃描延遲”的作用，與【深度范圍】配合可使波形放大。（6）、儀器靈敏度的調(diào)節(jié) 儀器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(fā)射

6、強度】等旋鈕來調(diào)節(jié)。【增益】通過調(diào)節(jié)接收放大器的放大倍數(shù)來調(diào)節(jié)熒光屏上的波高使之準(zhǔn)確達到規(guī)定高。增益大，靈敏度高?！舅p器】定量地調(diào)節(jié)熒光屏上的波高，常用于比較某回波高與基準(zhǔn)波高的相對高度，單位為dB。衰減器分粗調(diào)與細調(diào)，均為步進式調(diào)節(jié)?！疽种啤肯拗茩z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(tài)范圍變小。因此當(dāng)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?！景l(fā)射強度】調(diào)節(jié)發(fā)射脈沖的輸出的功率。發(fā)射強度強，靈敏度高。但這時脈沖寬度增大，分辨力降低。3、儀器的主要性能及儀器與探頭主要綜合性能儀器性能僅與儀器有關(guān)。儀器主要性能有水平線性、

7、垂直線性和動態(tài)范圍。（1）、水平線性儀器熒光屏上時基線水平刻度值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(yīng)用面板曲線對缺陷定量的精度。（3）、動態(tài)范圍儀器的動態(tài)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(tài)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不僅與儀器有關(guān)，而且與探頭有關(guān)。主要綜合

8、性能有盲區(qū)、分辨力、靈敏度余量等。（1）、盲區(qū)從探測面到能發(fā)現(xiàn)缺陷的最小距離，稱為盲區(qū)。盲區(qū)內(nèi)缺陷一概不能發(fā)現(xiàn)。盲區(qū)與放大器的阻塞時間和始脈沖寬度有關(guān)，阻塞時間長，始脈沖寬，盲區(qū)大。（2）、分辨力 在熒光屏上區(qū)分距離不同的相鄰兩缺陷的能力稱為分辨力。能區(qū)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(guān)，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(nèi)發(fā)現(xiàn)微小缺陷的能力。具體指從一個規(guī)定測距孔徑的人工試塊上獲得規(guī)定波高時儀器所保留的dB數(shù)。保留的dB數(shù)愈高，說明綜合靈敏度愈高。三、 實驗器材1.、儀器：CTS-22。2.、探頭： 2.5MHzf

9、20的直探頭。3.、試塊：CSK-IA、IIW。4.、耦合劑：機油。5.其他：壓塊，坐標(biāo)紙等。 四、 實驗步驟1、水平線性的測試 (1) 調(diào)有關(guān)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(diào)【微調(diào)】、【水平】或【脈沖移位】等按鈕，使熒光屏上出現(xiàn)六次底波B1-B6,且使B1， B6前沿分別對準(zhǔn)水平刻度值0和100，如圖3。 (4) 觀察記錄B2 、B3 、B4、B5與水平刻度值20，40，60，80的偏差值a2 ,a3 ,a4，a5S=amaxb×100% (5) 計算水平線性誤差：式中amax為a2、a3、a

10、4、a5中最大者，b熒光屏水平滿刻度值。圖2 水平、垂直線性測試AB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Z20-4，如圖3(3) 調(diào)【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(diào)【衰減器】，每次衰減2dB，并記下相應(yīng)回波高度打，填入表1表中：200225圖3 Z20-4相對波高理想相對波高Hs=10-i20 100%(5) 計算垂直線性誤差D= 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(tài)范圍的測試(1) 【抑制】至“0”，【衰減器】保留

11、30dB。(2) 探頭置于圖3，調(diào)【增益】使孔波達熒光屏滿幅度100但不飽和。(3) 固定【增益】，記錄這時衰減余量N1，調(diào)【衰減器】使孔波降到剛好分辨,記下這時的衰減余量N2。(4) 計算動態(tài)范圍：N2-N1 (db)4、盲區(qū)的測定(1) 【抑制】至“0.(2) 調(diào)節(jié)儀器的有關(guān)靈敏度旋鈕，使其符合探傷規(guī)范要求。(3) 探頭通過耦合劑恒定與II-W型試塊上，如圖4I和II。(4) 如熒光屏上始波之后出現(xiàn)一個獨立的回波，則盲區(qū)大于測試位置厚度。5、 分辨率的測定(1) 【抑制】至“0”，其它旋鈕位置適當(dāng)。(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(xiàn)聲程為85

12、，91，100的三個反射波。(3) 當(dāng)A,B,C不能分開時，如圖5（a），則分辨率為 F1= (91-85) (4) 當(dāng)A,B,C能分開時，如圖5（b），則分辨率為 F1= (91-85)ca mm9185圖4 分辨率測試100510IIIIIIT8591100CBAacT8591100CBAab(a) A、B能分開(b) A、B不能分開圖5 測分辨率波形6、 靈敏度余量的測試 (1) 【抑制】至“0”， 【增益】最大，【發(fā)射強度】至強。(2) 連接探頭，調(diào)節(jié)【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(shù)N1。(3) 探頭置于圖6所示的靈敏度余量試塊上（2002平底孔試塊），調(diào)

13、【衰減器】使平底孔回波達滿幅度80，這時【衰減器】的讀數(shù)N2。(4) 計算：靈敏度余量NN2-N1 (db)200225圖6 靈敏度余量五、 實驗結(jié)果及結(jié)果分析1、水平線性測試結(jié)果實驗結(jié)果圖像實驗結(jié)果數(shù)據(jù) 表一 底波B2、B3、B4、B5與水平刻度值2、4、6、8的偏差序號a2a3a4a5amax差值 0.04-0.02-0.020.020.04水平線性誤差計算S=amaxb×100%=0.0410×100%=0.4%2、垂直線性測試 比例調(diào)節(jié)1：4衰減dB相對波高100Hi（%）理想相對波高偏差圖像0100100028079.40.646263.1-0.965050.1-0.184039.80.2103331.61.4122725.11.9142020.00161715.81.2181312.60.4201010.00垂直線性誤差計算D=（1.9+-0.9）%=2.8%3、動態(tài)范圍測試 圖像孔波高度100%剛好可見衰減器讀數(shù)N1=38N2=68動態(tài)范圍計算 N=N2-N1=68-38=304、盲區(qū)的測定確定1:1比例在5mm與10mm處測試位置5mm10mm圖像獨立底波無無結(jié)論：此臺儀器盲區(qū)大于10mm5、分辨率測試圖像 由圖可知：c=6：a=2則分辨率為：F1= (91-85)ac mm=（91-85）26=2mm6