超声检测第4章

4.2.2 压电材料的性能参数
4.机电耦合系数K：表示压电材料机械能（声能）与 电能之间的转换效率。K值越大，灵敏度越大。 5.机械品质因子θm：表示压电晶片在谐振时储存的机 械能与消耗的能量之比。 θm越大表示损耗越小，脉冲 宽度就大，分辨力低。 6.频率常数N：压电晶片在高频脉冲下共振的条件是 t=CL/2f0 所以N=t∙f0 =CL/2为常数，称为频率常数。 7. 居里温度T：压电材料的压电效应只在一定的温度下 产生，超过一定的温度，压电效应就会消失，这个温 度就称为居里温度。如石英T=570℃
4.2.2 压电材料的性能参数
1.压电应变常数d33 ：表示在压电晶片上施加 单位电压时产生的应变的大小，用来衡量压电 晶体材料的发射性能。d33越大，发射灵敏度越 高。 2.压电电压常数g33：表示在压电晶片上施加单 位应力产生的电压的大小。 3.介电常数ε：一般超声波检测频率较高，所以 需要晶片的ε要小一些。
试块的维护和使用
1.试块应编号，分类放置，以防混淆 2.使用和搬运中注意保护，防止碰伤 3.及时清除反射体内的油污和锈蚀 4.防止试块变形，平面试块应尽可能立放 5.停放时间过久的试块要涂覆防锈剂
4.5 仪器、探头的性能
仪器的主要性能 1.垂直线性-回波高度与输入电压的比例关系，影响缺陷定量。 2.水平线性-时基线长度与实际探测距离之间的比例关系，影响缺 陷定位. 3. 盲区-也称是脉冲宽度，影响近表面的可探测距离和远场分辨力。 4. 衰减器精度-反映读数和信号幅度之间的对应关系，影响定量 5. 动态范围-某反射波从饱和到消失所需的衰减量dB值。
A型脉冲检测仪原理示意
A型和B、C型的比较
4.1.2 模拟式超声波检测仪
实物照片
各功能块的主要作用
1. 同步电路：以给定频率产生周期性同步脉冲 信号，按同一时间协调控制整机工作。一方面 出发发射电路产生激励电脉冲加载探头上产生 脉冲超声波；应一方面控制时基电路产生锯齿 波加到示波管水平偏转板上使光电从左向右移 动形成扫描线。 2. 时基电路：受同步电路控制，产生随时间变 化的锯齿波信号加到示波管水平偏转板上形成 扫描线（时基线）
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双晶探头
两块压电晶片装在 一个探头架上，一发一收， 中间有隔声层，晶片下有 延迟块，使声波延迟一会 再进入工件，这样可检测 近表面缺陷。两晶片声场 重叠区域灵敏度最高，通 常为菱形。
常见的双晶探头
其他双晶探头
4.2.5 探头型号
晶片材料代号
晶片种类代号
型号举例
4.3 耦合剂
超声波探头与被测物体接触时，两者之间存在一 层空气薄层，空气将引起三个界面间强烈的放射波， 造成干扰，并造成很大的衰减。为此，必须将接触面 之间的空气排挤掉，使超声波能顺利地入射到被测物 体内部。所以要用到一种成为耦合剂的液体，使之充 满接触面空间，起到传递超声波的作用。常用的耦合 剂有水、机油、甘油、化学浆糊等。
4.5 仪器、探头的性能
探头的主要性能 1.频率响应 2.相对灵敏度 3.距离幅度特性 4.声束扩散特性 5.声轴偏斜角和双峰等 6.斜探头的入射点和K值
4.5 仪器、探头的性能
仪器和探头的组合性能 1.灵敏度-表征检测系统发现最小缺陷的能力 2.分辨力-分为纵向和横向分辨力 3.信噪比-有用的最小缺陷信号和最大噪声信号 之比。 4.频率-仪器和探头组合后发射的超声波频率与 探头的标称频率有一定的差值，此差值的大 小直接影响缺陷定量。
各功能块的主要作用
5.电源和显示电路：供电和显示图形。
仪器工作流程
仪器各按钮的作用
仪器各按钮的作用
模拟仪器的主要问题
不能记忆显示，不能存储波形； 没有运算功能； 精度差，各项性能指标无法提高；
4.1.3 数字式仪器的特点
数字式仪器实物
4.1.4 仪器的维护保养
严格按说明书操作 避免强力震动和摔碰等 尽量避免靠近强磁场、灰尘多、温度过高过低的场合 室外工作时防止雨、雪、油等进入机器内部 点按按键或转旋钮时要轻 仪器每次用完要擦拭干净，放置到干燥处 如潮湿季节长期不用时，要定期接通电源开机，以去除潮气 出现故障，立即关闭电源，请专业维修人员修理，切忌私自拆 卸。
4.5 仪器、探头的性能的测试
仪器主要测试4个性能指标：垂直线性、水 平线性、动态范围、衰减器精度。 探头主要测试6个性能指标：频响、距离幅 度特性、斜探头入射点和前沿、K值、声束 宽度和轴线偏斜、双峰
4.5 仪器、探头的性能的测试
仪器和探头组合性能主要测试4个指标： 1.灵敏度余量-分直探头和斜探头 2.盲区和始脉冲宽度-盲区试块，能清晰显示平 底孔独立回波的最小距离就是盲区。 3.远场分辨力-分直探头和斜探头。 4.信噪比-以200mm处的Φ1平底孔回波与噪 声回波之间的分贝差表示信噪比的大小。
各功能块的主要作用
4.接收电路：接收探头将缺陷或底面反射回来超声波
转换为相应频率的电脉冲信号，并进行检波、放大， 然后加到示波管的垂直偏转板上，在时基线上就形 成了始波、缺陷波或底波的回波信号。 因为晶片产生的电压通常只有几十至几百毫伏，所 以放大器需要105的放大能力，换算成对数就是约 100分贝。 它直接影响仪器的垂直线性、动态范围、灵敏度和 分辨力等技术指标。
第4章
超声波检测设备与器材
4.1.1 超声波检测仪
脉冲式超声波检测仪
按照超声波检测仪指示的参量又可分为穿透式、共 振式、脉冲式。目前前两种已不再使用。以下均指脉 冲式检测仪。 脉冲式检测仪工作原理是仪器产生高频周期脉冲， 加在探头上产生超声波，耦合入射到工件内部。工件 内无缺陷时超声波遇到底面发生反射，在显示器上就 分别显示出来始波T和底波B；如果工件内有缺陷时， 除始波和底波外，在它们之间还出现缺陷波F，通过检 测F信号的返回时间和幅度来判断以及缺陷的位置、大 小。
各功能块的主要作用
盲区与始脉冲宽度 1）单晶片探头以脉冲反射方式检测时，发射脉冲在激 励探头的同时也直接进入到接收电路，在显示屏上 就形成始波，始波的宽度成为始脉冲宽度。 2）由于发射脉冲电压很高，引发放大器的阻塞现象， 所以在靠近始波的一段时间范围内，缺陷的反射回 波不能被发现。这段时间对应到工件上从入射面到 进入工件的深度范围就称为盲区。 二者的区别！
各功能块的主要作用
3. 发射电路：受同步电路控制，产生周期性激励脉冲 信号 (100~400V) 加到探头上发出脉冲超声波。 发射电路分为调谐式和非调谐式两种（P88），前者 为加阻尼的LC振荡器，特点是频带窄（宽脉冲），发 射能量强；后者为RC振荡器，频带宽（窄脉冲）适合 不同频带范围的探头，目前常用的超声检测以多采用 非调谐式。 注意：频带越宽，发射脉冲越窄，分辨力也就越好， 但发射能量（或者说穿透能力）相应差一些。
压电陶瓷的主要性能
4.2.3 探头结构
直探头
1接头 2外壳 3阻尼块 4电缆线 5压电晶片 6保护膜
4.2.3 探头结构
斜探头
1吸声材料 2斜楔 3阻尼块 4外壳 5电缆线 6压电晶片
探头实物
4.2.4 探头种类
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 接触式纵波直探头 接触式斜探头 双晶探头 接触式聚焦探头 水浸平探头和聚焦探头 高温探头 其他如电磁超声探头激光超声探头等
4.4 试块
常见的试块
试块的分类
试块的分类
标准试块有IIW试块；CB-I、CB-II；CS-I、 CS-II、CS-III；CSK-IA、CSK-IIA、 CSK-IIIA、CSK-IVA。 对比试块有奥氏体钢对接接头对比试块；T1、 T2、T3型堆焊层对比试块；钢板横波检测 对比试块；锻件横波检测对比试块；无缝钢 管横波检测对比试块等，P119
4.2 探头
4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 4.2.5 压电效应和压电材料 压电材料的主要性能 探头结构 探头种类 探头型号
4.2.1 压电效应和压电材料
压电效应：某些晶体材料在交变应力作用下， 产生交变电场的效应成为正压电效应；接收 超声波。 反之，在交变电场的作用下，晶体材料产生伸 缩变形的效应称为逆压电效应；发射超声波。 压电材料：具有压电效应的材料成为压电材料， 分为单晶（石英、硫酸锂等）多晶（锆钛酸 铅PZT等，又称为压电陶瓷）。
4.2.1 压电效应和压电材料
压电晶片施加交变电压时在厚度方向上做受 迫振动，就会产生纵波，这种晶片成为x切割 晶片； 压电晶片施加交变电压时在垂直厚度的方向 上做受迫振动，就会产生横波，这种晶片成为 y切割晶片；可以制作接触式横波探头，但是 由于压电效应较弱，故不常用。常用的横波探 头是纵波倾斜入射，产生波形变换而实现的。