超声波检测实验

超声波检测实验

一、实验目标

1）了解超声波探伤仪的原理并学会使用CTS-22型超声波探伤仪

2）掌握现场测试超声仪器性能的基本方法，包括：垂直线性、水平线性、探伤仪与仪器的组合性能。

3）初步学会超声波探伤

二、实验仪器设备

CTS-22型超声波探伤仪1台

直探头1只

平面锻件（工件）1块

ⅡW试块(荷兰试块) 1块

平底孔试块（CS-1试块）1块

三、实验原理

1. 超声传感器结构及原理

超声波传感器又称超声波探头或超声波换能器，是利用压电效应将电能转换为超声振动能，或将超声振动能转为电能的实验装置。在实际应用中，我们利用压电效应的可逆性，也可将换能器作为“发射”或“接收”兼用。亦即将交流电压加在压电元件上，使其向介质发射超声波，同时又利于它接收从介质反射回来的超声波，并将反射转换成电信号。

图4-1是超声波纵波换能器的结构图，压电晶片是换能器的主要元件。压电晶体的厚度与超声波的频率成反比，如铁钛酸铅的频率厚度常数为1890KHz/mm，压电片的厚度为1mm时，固有频率为。压电片的两面敷有银层，作为导电的极板，压电片的地面接地线，上面接导线引致电路中。

2. 超声检测的基本原理

超声检测是一种利用超声波在介质中传播的性质来判断工件和材料是否异常的检验和测量方法。在超声检测中，所使用的电声、声电换能器，主要是利用

压电效应制作的，直探头可发射和接受纵波，主要由压电晶片和保护膜组成。超声波是由发射电路即高频脉冲电路产生的高频电压，加在发射探头上。发射探头将电波变成超声波，传入工件中。超声在缺陷或介面上反射后回到接收探头，转变为电波后输入给接收电路进行放大、检波，最后加到示波管上显示出来。通过缺陷在荧光屏上横坐标的位置，可以对缺陷定位；根据缺陷波的高度可确定缺陷的大小。

四、实验数据整理与分析

1. 测试超声波探伤仪的垂直线性误差

绘制衰减测量曲线：

垂直线性误差：

∆=++-=≤

d d d

[()()] 6.9%8%

满足ZBY-84 标准规定

2.测定水平线性

max

100% 1.25%2%0.8L

∆∆=

⨯=≤ 符合规定的水平误差范围。

3.测定仪器与探头的综合性能分辨力

X 分辨力为38dB

4. 纵波直探头回波频率的测定

实验测得：3

1.220T s μ=

回波频率：3

3

2.459e f MHz T =

= 5.工件探伤试验

五、实验总结分析

(1) 仪器与探头的综合性能不仅与仪器有关，而且与探头有关，主要综合性能有哪些

答：检测仪器与探头的主要综合性能包括灵敏度与灵敏度余量、分辨力、信噪比。灵敏度是指仪器与探头发现最小缺陷的能力。灵敏度余量是指电噪声与回波的比值大小，主要反映灵敏度的范围。分辨力是指能够将一定大小的两个相邻反射体提供可分离指示时两者的最小宽度。信噪比是指最小缺陷回波与最大噪声幅度之比。

(2) 仪器的分辨力主要指的是什么，与那些因素有关。

答：仪器的分辨力是指超声波在传递的声路上对两个相邻缺陷的反射波在显示屏上分辨出来的能力。分辨力主要是与脉冲宽度有关，脉冲宽度越小，分辨力也就越高。

(3) 引起超声波衰减的原因有很多，主要包括的衰减有哪几种情况。

答：超声波的衰减是指声压或声能随着距离的增大逐渐减小的现象。引起衰减的主要原因有声束的扩散、介质中晶粒或其他的微粒对声波的散射和介质的吸收。

(4) 超声波的端角反射有什么特点，在实验中你见到这种现象的没有，如果观测到了，请从波的反射角度解释一下。

答：超声波的端角反射是指超声波在两个平面构成的直角内的反射，端角反射的特点是二次反射回波与入射波相互平行，而且纵波的端角反射率一般都很低，横波的端角反射率与入射角有关。在实验中，我没有见到端角反射现象，端角反射现象主要是超声波的反射，不考虑波型转换的话，端角反射可以用下图来反映，而考虑波型转换的话，就比较复杂。

六、实验感想

通过本实验，我对于超声波检测有了进一步的了解，同时通过对超声波检

测的仪器与探头的各种性能进行测定，也是对于超声波检测中我们主要关注的参数以及我们超声波检测的作用范围有了更深的理解，同时在在实验中，对于使用探伤仪对具体的工件进行探伤时，我们主要根据超声波的声程与反射波的高度来判断缺陷的大小与位置。总之，通过本实验我对于超声波检测的主要过程与测量的参数有了更深的理解，与我们在课堂上学到的知识相互印证，加深了印象。