靈敏度和分辨力(超聲波檢測技術(shù))

1、靈敏度和分辨力（超聲波檢測技術(shù)）超聲檢測靈敏度及分辨力的探討劉國余（北方華錦化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限公司檢測中心，遼寧盤錦124021 ）摘要：對超聲檢測靈敏度和分辨力進(jìn)行定義，以及分辨力的測定方法；并探討了超聲檢測儀和探頭頻率對靈敏度和分辨力的影響。關(guān)鍵詞：靈敏度；分辨力；超聲檢測；探傷儀；探頭1 靈敏度和分辨力的定義1.1 廣義的定義靈敏度sensitivity定義 1 ：儀表、傳感器等裝置與系統(tǒng)的輸出量的增量與輸入量增量的比。定義 2 ：計量儀器的響應(yīng)變化值除以相應(yīng)激勵變化值。定義 3 ：系統(tǒng)參數(shù)的變化對系統(tǒng)狀態(tài)的影響程度。分辨力resolution定義 1 ：導(dǎo)致標(biāo)示值發(fā)生可觀察到的被測量或供

2、給量的最小變化。定義 2 ：儀器儀表能有意義地辨別被指示量兩緊鄰值的能力。1.2 在超聲檢測中的定義靈敏度超聲檢測中靈敏度是指整個檢測系統(tǒng) （儀器與探頭） 發(fā)現(xiàn)最小缺陷的能力。 發(fā)現(xiàn)的缺陷越小，靈敏度就越高。分辨力超聲檢測系統(tǒng)的分辨力是指能夠?qū)σ欢ù笮〉膬蓚€相鄰反射體提供可分離指示時兩者的最小距離。2 超聲檢測靈敏度和分辨力超聲檢測靈敏度與頻率有關(guān)，超聲檢測靈敏度約為/2 ，由= c/f 可知，頻率越高，越有利于發(fā)現(xiàn)更小缺陷。超聲波探傷分辨力分為近場分辨力（盲區(qū)）、遠(yuǎn)場分辨力。近場分辨力主要取決于始脈沖占寬和儀器阻塞效應(yīng)。遠(yuǎn)場分辨力又可分為縱向分辨力、橫向分辨力。由于超聲脈沖自身有一定寬度，在

3、深度方向上分辨兩個相鄰信號的能力有一個最小限度（最小距離），稱縱向分辨力?？v向分辨力主要取決于始脈沖占寬和探測靈敏度。探頭平移時， 分辨兩個相鄰反射體的能力稱為橫向分辨力。橫向分辨力取決于聲速的寬度。在工件的入射面和底面附近，可分辨的缺陷和相鄰界面間的距離，稱為入射面分辨力和底面分辨力， 又稱上表面分辨力和下表面分辨力。 實際檢測時， 入射面分辨力和底面分辨力與所用的檢測靈敏度有關(guān)， 檢測靈敏度高時， 界面脈沖或始波寬度會增大， 使得分辨力變差。3 超聲檢測分辨力的測定3.1 直探頭（縱波）分辨力的測定：3.1.1將儀器的抑制旋鈕調(diào)至“0”，其他旋鈕位置適當(dāng)。3.1.2將探頭置于 CSK A試

4、塊上，前后移動探頭，使顯示屏上出現(xiàn)聲程為85、 91、 100的三個反射波 A、 B、 C。3.1.3當(dāng) A、B、C 不能分開時，分辨力F1 為： F1 = 20lg（ a/b ） dB。3.1.4當(dāng) A、B、C 能分開時，分辨力 F為： F = 20lg（ c/a） dB。22JB/T4730 2005 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，直探頭遠(yuǎn)場分辨力大于等于30dB。斜探頭（橫波）分辨力的測定：3.2.1將儀器的抑制旋鈕調(diào)至“0”，其他旋鈕位置適當(dāng)。3.2.2將探頭置于 CSK A 試塊上，對準(zhǔn) 50 、 44 、 40 三個階梯孔，使顯示屏上出現(xiàn)三個反射波。3.2.3移動探頭并調(diào)節(jié)儀器，使50 、 44 回

5、波等高，其波峰為h1，波谷為 h2，則其分辨力 F331 2為： F= 20lg（ h /h ） dB。JB/T4730 2005 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，斜探頭遠(yuǎn)場分辨力大于等于6dB。4 超聲波探傷儀和探頭頻率對靈敏度和分辨力的影響4.1 超聲波探傷儀超聲波探傷儀主要由同步電路、 掃描電路、發(fā)射電路、接受電路、 顯示電路和電源電路等組成。發(fā)射電路的發(fā)射強(qiáng)度越大，儀器靈敏度越高，但發(fā)射脈沖變寬，分辨力變差。接收電路影響檢測靈敏度和分辨力，接受電路必須具有約105 的放大能力。 K出/U入dB，V = 20lgU一般檢測儀的電壓放大倍數(shù)可達(dá)104 105 倍，相當(dāng)于80 100dB。4.2 探頭頻率超聲檢

6、測頻率一般在0.5 10MHz 之間，選擇范圍大。在選擇頻率時應(yīng)明確以下幾點：1.由于波的繞射，使超聲波檢測靈敏度約為/2 ，因此由= c/f 可知，提高頻率，有利于發(fā)現(xiàn)更小缺陷。2.頻率越高， 脈沖寬度越小， 分辨力也就越高， 有利于區(qū)分相鄰缺陷且缺陷定位精度高。3.由 0 = arcsin1.22 / D 可知，頻率越高，波長越短，半擴(kuò)散角就越小，聲束指向性也就越好，能量集中， 發(fā)現(xiàn)小缺陷的能力也就越強(qiáng)， 但相對的檢測區(qū)域也就越小，僅能發(fā)現(xiàn)聲束軸線附近的缺陷。4. 由 N = D2/4 可知，頻率越高，近場區(qū)長度越大，對檢測不利。因此在實際檢測中要綜合考慮探頭頻率對半擴(kuò)散角和近場區(qū)長度的影響，合理選擇探頭頻率。一般是在保證檢測靈敏度的前提下盡可能減少近場區(qū)長度。參考文獻(xiàn)：1鄭暉，林樹