第七章超声波传感器第二讲及习题课

教师授课方案（首页）授课班级09D电气1、电气2 授课日期

课节 2 课堂类型讲授习题课课题第七章超声波传感器

教学目的与要求【知识目标】

1、掌握纵波探伤

2、阶段小结

3、习题

【能力目标】培养学生理论分析及理论联系实际的能力。【职业目标】培养学生爱岗敬业的情感目标。

重点难点重点：纵波探伤

难点：纵波探伤的波形及计算

教具教学辅助活动教具：多媒体课件、习题册

教学辅助活动：提问、学生讨论

一节教学过程安排复习

1、超声波的传播方式及特性；

2、超声波探头及耦合方式的种类；

3、超声波测流量的两种方法

4、多普勒效应

5分钟讲课

1、超声波探伤

2、阶段小结

3、习题

73分钟小结

小结见内页，之后利用10分钟时间与学生互

动答疑

10分钟作业习题册第七章超声波传感器习题2分钟

任课教师：叶睿2011年1月28日审查教师签字：年月日

教案附页【复习提问】

上节课知识点：

1、超声波的传播方式及特性；

2、超声波探头及耦合方式的种类；

3、超声波测流量的两种方法

4、多普勒效应

第七章超声波传感器

第四节超声波无损探伤

【本节内容设计】

通过课件与教师讲授超声波的A、B、C型探伤，掌握A型纵波探伤的测试方法并会读超声波探伤波形并计算。

【授课内容】

一、无损探伤的基本概念

1、材料的缺陷

气孔、加渣、裂纹、焊缝

2、无损检测的方法：

对铁磁材料，可采用磁粉检测法；对导电材料，可用电涡流法；对非导电材料还可以用荧光染色渗透法。以上几种方法只能检测材料表面及接近表面的缺陷。

采用放射线（X光、中子、δ射线）照相检测法可以检测材料内部的缺陷，但对人体有较大的危险，且设备复杂，不利于现场检测。

除此之外，还有红外、激光、声发射、微波、计算机断层成像技术（CT）探伤等。

超声波检测和探伤是目前应用十分广泛的无损探伤手段。

特点：既可检测材料表面的缺陷，又可检测内部几米深的缺陷，这是X光探伤所达不到的深度。

3、超声探伤分类：A、B、C等几种类型。

（1）A型超声探伤A型探伤的结果以二维坐标图形式给出。它的横坐标为时间轴，纵坐标为反射波强度。可以从二维坐标图上分析出缺陷的深度、大致尺寸，但较难识别缺陷的性质、类型。

（2）B型超声探伤B型超声探伤的原理类似于医学上的B超。它将探头的扫描距离作为横坐标，探伤深度作为纵坐标，以屏幕的辉度（亮度）来反映反射波的强度。它可以绘制被测材料的纵截面图形。探头的扫描可以是机械式的，更多的是用计算机来控制一组发射晶片阵列（线阵）来完成与机械式移动探头相似的扫描动作，但扫描速度

更快，定位更准确。

（3）C型超声探伤目前发展最快的是C型探伤，它类似于医学上的CT扫描原理。计算机控制探头中的三维晶片阵列（面阵），使探头在材料的纵、深方向上扫描，因此可绘制出材料内部缺陷的横截面图，这个横截面与扫描声束相垂直。横截面图上各点的反射波强通过相对应的几十种颜色，在计算机的高分辨率彩色显示器上显示出来。经过复杂的算法，可以得到缺陷的立体图像和每一个断面的切片图像。

C型超声探伤的特点：

利用三维动画原理，分析员可以在屏幕上控制该立体图像，以任意角度来观察缺陷的大小和走向。

当需要观察缺陷的细节时，还可以对该缺陷图像进行放大（放大倍数可达几十倍），并显示出图像的各项数据，如缺陷的面积、尺寸和性质。对每一个横断面都可以作出相应的解释和评判其是否超出设定标准。

每一次扫描的原始数据都可记录并存贮，可以在以后的任何时刻调用，并打印探伤结果。

二、A型超声探伤

A型超声探伤采用超声脉冲反射法。而脉冲反射法根据波形不同又可分为纵波探伤、横波探伤和表面波探伤等。A型超声探伤仪外形如图7-12所示。

图7-12A型超声波探伤仪外形

a）台式A型探伤仪b）便携式A型探伤仪

1－电缆插头座2－工作方式选择3－衰减细调4－衰减粗调5－发射波T 6－第一次底反射波B17－第二次底反射波B28－第五次底反射波B59－扫描时间调节10－扫描时间微调11－脉冲X轴移位12－报警扬声器13－直探头

二、A型超声探伤

（一）纵波探伤的方法

1、测试方法：

测试前，先将探头插入探伤仪的连接插座上。探伤仪面板上有一个荧光屏，通过荧光屏可知工件中是否存在缺陷、缺陷大小及缺陷位置。工作时探头放于被测工件上，并在工件上来回移动进行检测。探头发出的超声波，以一定速度向工件内部传播，如工件中没有缺陷，则超声波传到工件底部便产生反射，反射波到达表面后再次向下反射，周而复始，在荧光屏上出现始脉冲T和一系列底脉冲B1、B2、B3、…（见图7-12）所示。B波的高度与材料对超声波的衰减有关，可以用于判断试件的材质、内部晶体粗细等微观缺陷。纵波探伤示意图如图7-13所示。

图7-13纵波探伤示意图

a）无缺陷时超声波的反射及显示波形b）有缺陷时超声波的反射及显示波形

2、分析波形：

荧光屏上的水平亮线为扫描线（时间基线），其长度与工件的厚度成正比（可调整）。

（1）.缺陷面积大，则缺陷脉冲F脉冲的幅度就高，而B脉冲的幅度就低。

（2）. F脉冲距离T脉冲越近，缺陷距离表面经越近。

3、举例说明

例7-2图7-13b中，显示器的X轴为10μs/div(格)，现测得B波

与T波的距离为10格，F波与T波的距离为3.5格。

求：1）tδ及t F；2）钢板的厚度δ及缺陷与表面的距离x F 。

解

1）、tδ=10μs/div⨯10div=100μs=0.1ms，t F=10μs/div⨯3.5div=35μs=0.035ms 2）查表7-1得到纵波在钢板中的声速c=5.9⨯103m/s则：

δ= tδ⨯c L/2=（5.9⨯103⨯0.1⨯10-3/2）m ≈0.3m

x F= tδ⨯c F/2=（5.9⨯103⨯0.035⨯10-3/2）m ≈0.1m

【知识小结】:通过对以下知识的学习

A型纵波探伤的测试方法、波形分析及计算为掌握超声波传感器的应用作知识储备。

【阶段小结】

电涡流传感器：电涡流传感器的测量转换电路（AM、FM）电涡流

传感器的应用：位移、振动、转速、镀层厚度、安检、

表面探伤、电涡流接近开关特点三线制输出仪表的接线

方法。

电容传感器：电容传感器的类型及工作原理差动电容传感器的工作原理；调频式测量转换电路；电容传感器的应用：电容测

厚仪、电容加速度传感器、湿敏电容、电容式油量表、

电容式接近开关与电涡流接近开关的区别、压差式变送

器。

压电传感器：压电效应、逆压电效应及压电传感器的工作原理；2、测量转换电路电荷放大器；3、压电传感器的应用：玻璃打

碎报警器、压电式周界报警器、交通检测、动态力的测

量、振动测量以及频谱图的分析。

超声波传感器：超声波的传播方式及特性；2、换能器及耦合技术的种类；3、超声波传感器的应用；超声波测流量的两种方法、

超声波测厚仪、超声波测密度、超声波测液位和物位、

超声波防盗报警、多普勒效应、A型纵波探伤的测试方

法、波形分析及计算

【教学后记】:通过课堂习题的检验,作业的批改,第二堂课的提问,检验出学生对本节课的知识掌握良好,可以顺利地进行下一阶段的学习. 【板书设计】:如下