无损检测之超声导波培训课件
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无损检测之超声导
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计算机
脉冲信号发生器 A/D 转换器
功率放大器
信号预处理
弹性波
钢管
驱动线圈 磁化线圈
直流电源 磁化线圈 检测线圈
无损检测之超声导
34
导波激励信号
(a)时域波形
(b)频谱图
激励信号时域波形和频谱图
11
探头的研制 敏感元件的选取 探头的背衬 探头的外形设计
试验验证
无损检测之超声导
12
超声导波的激发
无损检测之超声导
13
To M sS Instrum ent Thin Ferrom agnetic Strip
C oil
无损检测之超声导
14
Can be
used on
PLATES
AXUS
Or PIPES
或更多的平行界面存在而引入一个或多个特征尺寸
〔如壁厚、直径等)到问题中来。在波导中传播的超
声波称为超声导波，在圆柱和圆柱壳中传播的导波
称为柱面导波。 无损检测之超声导
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无损检测之超声导
4Βιβλιοθήκη Baidu
无损检测之超声导
5
钢管中超声导波三种模态
无损检测之超声导
6
超声导波特性
相速度与群速度
频散是超声导波的固有特性，主要表现为相速度与群速度 的不一致性。所谓相速度，即指单一频率波的传播速度； 而群速度即波群传播能量的速度，即由一系列的波长和频 率不同的分波叠加而成的合成波，由于各个分波在介质中 传播的相速度各不相同，则群波的波形随时间变化，其振 幅最大部分的运动速度成为群速度。也表现为不同频率的 波叠加形成合成波(波包)时，波包的波峰传播的速度。真 空中的相速度和群速度是相等的，但在能高度吸收或具有 几何弥散的介质中，两者则不同的。
无损检测之超声导
9
频散曲线
钢板中相速度频散曲线
钢板中群速度频散曲线
无损检测之超声导
10
五、传感器设计
传感器的设计分为频率选择试验和角度选择试验两部分， 设计制作了不同频率和不同晶片尺寸的可变角探头，通 过测试不同材质规格试样上模拟裂纹的反射强度和波形， 为传感器设计提供频率范围和入射角度范围。
无损检测之超声导
AXUS
无损检测之超声导
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Can be in PLATES
Or
EMAT
PIPES
AXIAL Or
EMAT
CIRCUMFERENTIAL 无损检测之超声导
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无损检测之超声导
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Pits Scatter Sound Wave
Attenuation
Wave Propagation
Thinning Speeds Up the Wave
无损检测之超声导
2
•当介质中有多于一个的界面存在时，就会形成一些
具有一定厚度的“层”。位于层中的超声波将要经
受多次来回反射，这些往返的波将会产生复杂的波
形转换，并且波与波之间会发生复杂的干涉。若一
个弹性半空间被平行于表面的另一个平面所截，从
而使其厚度方向成为有界的，这就构成了一个无限
延伸的弹性平板。位于板内的纵波、横波将会在两
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无损检测之超声导
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无损检测之超声导
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无损检测之超声导
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无损检测之超声导
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检测系统的基本功能
• 具有A型扫描超声波探伤设备的全部功能和分析方法 • DAC曲线调校点数1—10点任选 • 工作频率：0.1—4.0MHZ • 具有可程控和可选择的四通道方式和数据的实时记录 • 检测数据实时存盘 • 全汉化的WINDOWS XP用户界面 • 多窗口的图形分析 • 可事后分析、处理、测试任何位置范围内的探伤情况 • 实时的A扫描显示（单、双、四通道方式可选）、扫查控制显示 • 事后A扫描显示、B扫描显示、C扫描显示，3D显示，各显示方式
个平行的边界上产生来回的反射而沿平行板面的方
向行进，即平行的边界制导超声波在板内传播。这
样的一个系统称为平板超声波导。在此板状波导中
传播的超声波即所谓的板波。板波是超声无损检测
中最常用的一种导波形式，由20世纪初究无限大板
中正弦波问题而得名。除此之外，圆柱壳、棒及层
状的弹性体都是典型的波导。其共同特性是由两个
Transit Time Change
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Transmitter
Receiver
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• 10% • 20%
• 30% • 40% • 50%
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无损检测之超声导
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谢谢大家！
黑龙江省电力科学研究院
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相速度和群速度的关系
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8
• 频散方程 • 钢板中的频散方程
• 在钢板中，对于对称模态，存在以下函数方程:
• 其中：
• 对于反对称模态:
• 其中，d，Cp，CL，CT分别为板的厚度，兰姆波 的相速度，板中的纵波波速，板中的横波波速，k 为波数，其定义如下：k=2πf/CL，其中f为传感 器的中心频率。
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导波激励信号
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导波检测的优点
• 可以从一点检测就可以迅速的将大片区域屏显化。 • 比传统的无损检测方法更加有效率 • 无论对内表面还是外表面的金属缺失都非常敏感 • 可以检测无法直接触及的区域 • 在线无损检测更加具有优势 • 对弯曲面区域更加容易检测 • 能提供更加快速全面的检测结果
无损检测之超声导波
超声导波基本原理
• 超声导波的概念
• 在无限均匀介质中传播的波称为体波，体波有两 种:一种叫做纵波(或称疏密波、无旋波、拉压波、 P波);一种叫做横波(或称剪切波、S波)，它们以各 自的速度传播而无波形混合。而在一弹性半空间 表面处，或两个弹性半空间表面处，由于介质性 质的不连续性，超声波经过一次反射或透射而发 生波形转换。随后，各种类型的反射波和透射波 及界面波均以各自恒定的速度传播，而传播速度 只与介质材料密度和弹性性质有关，不依赖于波 动本身的特性。
无损检测之超声导
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计算机
脉冲信号发生器 A/D 转换器
功率放大器
信号预处理
弹性波
钢管
驱动线圈 磁化线圈
直流电源 磁化线圈 检测线圈
无损检测之超声导
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导波激励信号
(a)时域波形
(b)频谱图
激励信号时域波形和频谱图
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探头的研制 敏感元件的选取 探头的背衬 探头的外形设计
试验验证
无损检测之超声导
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超声导波的激发
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To M sS Instrum ent Thin Ferrom agnetic Strip
C oil
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Can be
used on
PLATES
AXUS
Or PIPES
或更多的平行界面存在而引入一个或多个特征尺寸
〔如壁厚、直径等)到问题中来。在波导中传播的超
声波称为超声导波，在圆柱和圆柱壳中传播的导波
称为柱面导波。 无损检测之超声导
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钢管中超声导波三种模态
无损检测之超声导
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超声导波特性
相速度与群速度
频散是超声导波的固有特性，主要表现为相速度与群速度 的不一致性。所谓相速度，即指单一频率波的传播速度； 而群速度即波群传播能量的速度，即由一系列的波长和频 率不同的分波叠加而成的合成波，由于各个分波在介质中 传播的相速度各不相同，则群波的波形随时间变化，其振 幅最大部分的运动速度成为群速度。也表现为不同频率的 波叠加形成合成波(波包)时，波包的波峰传播的速度。真 空中的相速度和群速度是相等的，但在能高度吸收或具有 几何弥散的介质中，两者则不同的。
无损检测之超声导
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频散曲线
钢板中相速度频散曲线
钢板中群速度频散曲线
无损检测之超声导
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五、传感器设计
传感器的设计分为频率选择试验和角度选择试验两部分， 设计制作了不同频率和不同晶片尺寸的可变角探头，通 过测试不同材质规格试样上模拟裂纹的反射强度和波形， 为传感器设计提供频率范围和入射角度范围。
无损检测之超声导
AXUS
无损检测之超声导
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Can be in PLATES
Or
EMAT
PIPES
AXIAL Or
EMAT
CIRCUMFERENTIAL 无损检测之超声导
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无损检测之超声导
17
Pits Scatter Sound Wave
Attenuation
Wave Propagation
Thinning Speeds Up the Wave
无损检测之超声导
2
•当介质中有多于一个的界面存在时，就会形成一些
具有一定厚度的“层”。位于层中的超声波将要经
受多次来回反射，这些往返的波将会产生复杂的波
形转换，并且波与波之间会发生复杂的干涉。若一
个弹性半空间被平行于表面的另一个平面所截，从
而使其厚度方向成为有界的，这就构成了一个无限
延伸的弹性平板。位于板内的纵波、横波将会在两
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检测系统的基本功能
• 具有A型扫描超声波探伤设备的全部功能和分析方法 • DAC曲线调校点数1—10点任选 • 工作频率：0.1—4.0MHZ • 具有可程控和可选择的四通道方式和数据的实时记录 • 检测数据实时存盘 • 全汉化的WINDOWS XP用户界面 • 多窗口的图形分析 • 可事后分析、处理、测试任何位置范围内的探伤情况 • 实时的A扫描显示（单、双、四通道方式可选）、扫查控制显示 • 事后A扫描显示、B扫描显示、C扫描显示，3D显示，各显示方式
个平行的边界上产生来回的反射而沿平行板面的方
向行进，即平行的边界制导超声波在板内传播。这
样的一个系统称为平板超声波导。在此板状波导中
传播的超声波即所谓的板波。板波是超声无损检测
中最常用的一种导波形式，由20世纪初究无限大板
中正弦波问题而得名。除此之外，圆柱壳、棒及层
状的弹性体都是典型的波导。其共同特性是由两个
Transit Time Change
无损检测之超声导
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Transmitter
Receiver
无损检测之超声导
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• 10% • 20%
• 30% • 40% • 50%
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相速度和群速度的关系
无损检测之超声导
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• 频散方程 • 钢板中的频散方程
• 在钢板中，对于对称模态，存在以下函数方程:
• 其中：
• 对于反对称模态:
• 其中，d，Cp，CL，CT分别为板的厚度，兰姆波 的相速度，板中的纵波波速，板中的横波波速，k 为波数，其定义如下：k=2πf/CL，其中f为传感 器的中心频率。
无损检测之超声导
35
导波激励信号
无损检测之超声导
36
导波检测的优点
• 可以从一点检测就可以迅速的将大片区域屏显化。 • 比传统的无损检测方法更加有效率 • 无论对内表面还是外表面的金属缺失都非常敏感 • 可以检测无法直接触及的区域 • 在线无损检测更加具有优势 • 对弯曲面区域更加容易检测 • 能提供更加快速全面的检测结果
无损检测之超声导波
超声导波基本原理
• 超声导波的概念
• 在无限均匀介质中传播的波称为体波，体波有两 种:一种叫做纵波(或称疏密波、无旋波、拉压波、 P波);一种叫做横波(或称剪切波、S波)，它们以各 自的速度传播而无波形混合。而在一弹性半空间 表面处，或两个弹性半空间表面处，由于介质性 质的不连续性，超声波经过一次反射或透射而发 生波形转换。随后，各种类型的反射波和透射波 及界面波均以各自恒定的速度传播，而传播速度 只与介质材料密度和弹性性质有关，不依赖于波 动本身的特性。