3.超声波检测系统
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二．模拟式A型脉冲反射式超声检测仪的电路组 成与各部分功能
1．同步电路 同步电路又称为触发电路或同步脉冲发生器，主要由多谐 振荡器和微分电路等组成。 同步电路的作用是产生同步脉冲，去触发扫描电路、发射电 路以及其他辅助电路，使超声检测仪的各个部分在时间上协调一 致工作。 同步电路每秒钟产生数十次以至数千次周期性的同步脉冲， 同步脉冲是周期性地出现的，每秒钟内发射同步脉冲的次数称为 重复频率。重复频率决定了超声检测仪的发射脉冲的频率，即决 定了每秒钟向被检工件内发射超声波脉冲的次数。有些仪器设有 重复频率调节旋钮以供使用者选择。 选择重复频率对自动化检测很重要。在手工检测目视观察 的情况下，提高重复频率可使波形显示亮度增加，便于观察。
超声检测仪中多设置有发射强度调节旋钮或阻尼旋钮,通过改变
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2．发射电路
发射电路是一个电脉冲信号发生器，可以产生100V∽400V的高 压电脉冲，施加到压电晶片上产生脉冲超声波。为适应某些特殊情 况的检测要求，有些高能型仪器也提供高达1000V的高压电脉冲。
发射电脉冲的频率特性将被传递到整个检测系统，首先是探头, 转换为超声脉冲后进入被检件，之后又回到探头，进入接收电路， 最后到达显示器。因此，最终显示在屏幕上的信号可以看作是发射 脉冲经过一系列过程被处理后的结果。目前的超声检测仪接收电路 通常是宽带的，很多常用探头也是宽带的，因此，发射电路的频率 特性对最终的A显示图形影响很大。为了使探头的能量转换效率达 到最高，通常要求发射脉冲频带范围要包含探头自身的频带范围。 频带越宽，发射脉冲越窄，可能达到的分辨力越好。
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图3-3 B型显示原理图
图3-4 典型的B型显示图象
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3．C型显示
C型显示是工件的一个平面投影图。探头在工件表面作二 维扫查，显示屏的二维坐标对应探头的扫查位置。在每一探 头移动位置，将某一深度范围的信号幅度用电子门选出，用 亮度或颜色代表信号的幅度大小，显示在对应的探头位置上， 则可得到某一深度范围缺陷的二维形状与分布，如图3-5所 示。若以各点的亮度代表回波传播时间，则又可得到缺陷深 度分布，称为TOF（time of flight）图。图3-6为典型的C 型显示图。
3 超声波检测 系统
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3.1 超声检测仪
3.1.1 超声检测仪的分类
一．概述 按照原理的差异分类，超声检测仪器可以分为下述三类： 1．穿透式检测仪： 这种仪器指示声的穿透能量。仪器发射单一频率的连续波信
号，根据透过工件的超声波强度来判断工件中有无缺陷及缺陷的大 小。
2．共振检测仪： 这种仪器指示频率可变的超声连续波在工件中形成共振的情 况，用于共振法测厚。 3．脉冲反射式超声检测仪 这种仪器指示反射声波的幅度和传播时间，称为脉冲反射式检 测仪。脉冲反射式检测仪的信号显示方式可分A扫描、B扫描、C扫 描。其中超声成像显示又可分为B、C、D、S、P型显示等类，其 中A型脉冲反射式超声检测仪是使用最广泛、最基本的一种类型。
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3.1.2 A型脉冲反射式超声检测仪
一． A型脉冲反射式超声检测仪的主要组成部分和工作原理 1．主要组成部分
图3-7 A型脉冲反射式超声检测仪的基本电路框图
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2．工作原理
仪器的工作原理概括起来是这样的：首先由同步电路 以给定的频率产生周期性同步脉冲信号，该信号一方面 触发发射电路产生激励电脉冲加到探头上产生脉冲超声 波，另一方面控制时基电路产生锯齿波加到示波管X轴 偏转板上使光点从左到右随时间移动。超声波通过耦合 剂进入工件,反射回波由已停止激振的原探头接收(单 探头工作方式)或由另一探头接收(双探头工作方式),转 换成相应的电脉冲经放大电路放大加到示波管的Y轴偏 转板上，此时，光点不仅沿X轴按时间线性移动，而且 受Y轴偏转电压的影响在垂直方向运动，从而产生幅度 随时间变化的波形。根据反射回波在时间基线上的位置 可确定反射面与超声入射点的距离，根据回波幅度可确 定回波声压大小。
B型和C型显示是在A型显示的基础上实现的，在A型显 示图上，确定好需采集的信号范围，采用电子门提取出所需 信号。目前，B型和C型显示多采用计算机，将信号经A/D 转换处理后，显示在计算机屏幕上，图像与数据可存储并可 进一步用软件对缺陷进行分析评价。
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图3-5 C型显示原理图
图3-6 典型的C型显示图
图3-1所示为脉冲反射法检测的典型A型显示图形，左侧幅度 很高的脉冲T称为始脉冲或始波，是发射脉冲直接进入接收器后在 示波屏上的起始位置显示出来的脉冲信号，右侧的回波B称为底波 或底面回波，是超声波传播到与入射面相对的wenku.baidu.com件底面产生的反射 波，中间的回波F则为缺陷的反射波。
A型显示具有检波与非检波两种形式。
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（a）射频波形（未检波）（b）视频波形（检波后）
图3-1 A型显示原理图
图3-2 A型显示波形图
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2．B型显示
B型显示是工件的一个二维截面图，将探头在工件表面 沿一条线扫查时的距离作为一个轴的坐标，另一个轴的坐标 是声传播的时间(距离)。图3-3为B型显示原理图。
早期的B型显示，是在每个探头位置上，记录下脉冲信 号出现的深度位置（传播时间），在相应的位置上以亮点显 示出信号的存在，没有回波脉冲的位置则无显示。随着计算 机技术的应用，现在的B型显示通常将时间轴上不同深度的信 号幅值采集下来，在每个探头移动位置沿时间轴用不同的亮 度（或颜色）显示出信号的幅度。将上下表面回波也包含在 时间轴显示范围以内，可以从图中观察出缺陷在该截面上的 位置、取向与深度以及通过亮度或颜色获取缺陷信号幅度的 信息。图3-4为典型的B型显示图象。
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二．A型显示、B型显示和C型显示
1．A型显示 A型显示是将超声信号的幅度与传播时间的关系以直角坐标的
形式显示出来（图3-1）。横轴为时间，纵轴为信号幅度。如果超 声波在均质材料中传播，声速是恒定的，则传播时间可转变为传播 距离。因此，从A型显示中可以得到反射点距声入射点的距离（如 纵波垂直入射检验时缺陷的深度，用于确定缺陷的位置），以及回 波幅度的大小（用来判断缺陷的当量尺寸）。
二．模拟式A型脉冲反射式超声检测仪的电路组 成与各部分功能
1．同步电路 同步电路又称为触发电路或同步脉冲发生器，主要由多谐 振荡器和微分电路等组成。 同步电路的作用是产生同步脉冲，去触发扫描电路、发射电 路以及其他辅助电路，使超声检测仪的各个部分在时间上协调一 致工作。 同步电路每秒钟产生数十次以至数千次周期性的同步脉冲， 同步脉冲是周期性地出现的，每秒钟内发射同步脉冲的次数称为 重复频率。重复频率决定了超声检测仪的发射脉冲的频率，即决 定了每秒钟向被检工件内发射超声波脉冲的次数。有些仪器设有 重复频率调节旋钮以供使用者选择。 选择重复频率对自动化检测很重要。在手工检测目视观察 的情况下，提高重复频率可使波形显示亮度增加，便于观察。
超声检测仪中多设置有发射强度调节旋钮或阻尼旋钮,通过改变
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2．发射电路
发射电路是一个电脉冲信号发生器，可以产生100V∽400V的高 压电脉冲，施加到压电晶片上产生脉冲超声波。为适应某些特殊情 况的检测要求，有些高能型仪器也提供高达1000V的高压电脉冲。
发射电脉冲的频率特性将被传递到整个检测系统，首先是探头, 转换为超声脉冲后进入被检件，之后又回到探头，进入接收电路， 最后到达显示器。因此，最终显示在屏幕上的信号可以看作是发射 脉冲经过一系列过程被处理后的结果。目前的超声检测仪接收电路 通常是宽带的，很多常用探头也是宽带的，因此，发射电路的频率 特性对最终的A显示图形影响很大。为了使探头的能量转换效率达 到最高，通常要求发射脉冲频带范围要包含探头自身的频带范围。 频带越宽，发射脉冲越窄，可能达到的分辨力越好。
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图3-3 B型显示原理图
图3-4 典型的B型显示图象
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3．C型显示
C型显示是工件的一个平面投影图。探头在工件表面作二 维扫查，显示屏的二维坐标对应探头的扫查位置。在每一探 头移动位置，将某一深度范围的信号幅度用电子门选出，用 亮度或颜色代表信号的幅度大小，显示在对应的探头位置上， 则可得到某一深度范围缺陷的二维形状与分布，如图3-5所 示。若以各点的亮度代表回波传播时间，则又可得到缺陷深 度分布，称为TOF（time of flight）图。图3-6为典型的C 型显示图。
3 超声波检测 系统
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3.1 超声检测仪
3.1.1 超声检测仪的分类
一．概述 按照原理的差异分类，超声检测仪器可以分为下述三类： 1．穿透式检测仪： 这种仪器指示声的穿透能量。仪器发射单一频率的连续波信
号，根据透过工件的超声波强度来判断工件中有无缺陷及缺陷的大 小。
2．共振检测仪： 这种仪器指示频率可变的超声连续波在工件中形成共振的情 况，用于共振法测厚。 3．脉冲反射式超声检测仪 这种仪器指示反射声波的幅度和传播时间，称为脉冲反射式检 测仪。脉冲反射式检测仪的信号显示方式可分A扫描、B扫描、C扫 描。其中超声成像显示又可分为B、C、D、S、P型显示等类，其 中A型脉冲反射式超声检测仪是使用最广泛、最基本的一种类型。
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3.1.2 A型脉冲反射式超声检测仪
一． A型脉冲反射式超声检测仪的主要组成部分和工作原理 1．主要组成部分
图3-7 A型脉冲反射式超声检测仪的基本电路框图
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2．工作原理
仪器的工作原理概括起来是这样的：首先由同步电路 以给定的频率产生周期性同步脉冲信号，该信号一方面 触发发射电路产生激励电脉冲加到探头上产生脉冲超声 波，另一方面控制时基电路产生锯齿波加到示波管X轴 偏转板上使光点从左到右随时间移动。超声波通过耦合 剂进入工件,反射回波由已停止激振的原探头接收(单 探头工作方式)或由另一探头接收(双探头工作方式),转 换成相应的电脉冲经放大电路放大加到示波管的Y轴偏 转板上，此时，光点不仅沿X轴按时间线性移动，而且 受Y轴偏转电压的影响在垂直方向运动，从而产生幅度 随时间变化的波形。根据反射回波在时间基线上的位置 可确定反射面与超声入射点的距离，根据回波幅度可确 定回波声压大小。
B型和C型显示是在A型显示的基础上实现的，在A型显 示图上，确定好需采集的信号范围，采用电子门提取出所需 信号。目前，B型和C型显示多采用计算机，将信号经A/D 转换处理后，显示在计算机屏幕上，图像与数据可存储并可 进一步用软件对缺陷进行分析评价。
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图3-5 C型显示原理图
图3-6 典型的C型显示图
图3-1所示为脉冲反射法检测的典型A型显示图形，左侧幅度 很高的脉冲T称为始脉冲或始波，是发射脉冲直接进入接收器后在 示波屏上的起始位置显示出来的脉冲信号，右侧的回波B称为底波 或底面回波，是超声波传播到与入射面相对的wenku.baidu.com件底面产生的反射 波，中间的回波F则为缺陷的反射波。
A型显示具有检波与非检波两种形式。
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（a）射频波形（未检波）（b）视频波形（检波后）
图3-1 A型显示原理图
图3-2 A型显示波形图
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2．B型显示
B型显示是工件的一个二维截面图，将探头在工件表面 沿一条线扫查时的距离作为一个轴的坐标，另一个轴的坐标 是声传播的时间(距离)。图3-3为B型显示原理图。
早期的B型显示，是在每个探头位置上，记录下脉冲信 号出现的深度位置（传播时间），在相应的位置上以亮点显 示出信号的存在，没有回波脉冲的位置则无显示。随着计算 机技术的应用，现在的B型显示通常将时间轴上不同深度的信 号幅值采集下来，在每个探头移动位置沿时间轴用不同的亮 度（或颜色）显示出信号的幅度。将上下表面回波也包含在 时间轴显示范围以内，可以从图中观察出缺陷在该截面上的 位置、取向与深度以及通过亮度或颜色获取缺陷信号幅度的 信息。图3-4为典型的B型显示图象。
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二．A型显示、B型显示和C型显示
1．A型显示 A型显示是将超声信号的幅度与传播时间的关系以直角坐标的
形式显示出来（图3-1）。横轴为时间，纵轴为信号幅度。如果超 声波在均质材料中传播，声速是恒定的，则传播时间可转变为传播 距离。因此，从A型显示中可以得到反射点距声入射点的距离（如 纵波垂直入射检验时缺陷的深度，用于确定缺陷的位置），以及回 波幅度的大小（用来判断缺陷的当量尺寸）。