实验一 超声波探伤仪的使用及其性能测试.docx

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实验一超声波探伤仪的使用及其性能测试

武汉大学实验报告

超声波探伤仪的使用及其性能测试

院系名称：

动力与机械学院

专业名称：

材料类

实验一超声波探伤仪的使用及其性能测试

一、实验目的

1、熟悉脉冲反射式超声波探伤仪的使用方法。

2、掌握超声波探伤仪主要性能及探头主要综合性能的测试方法。

二、实验原理

1、超声探伤仪简介

目前在实际探伤中，广泛应用的是A型脉冲反射式超声波探伤仪。

这种仪器荧光屏横坐标表示超声波在工作中的传播时间（或传播距离），纵坐标表示反射回波波高。

根据荧光屏上缺陷波的位置和高度可以判定缺陷的位置和大小。

A型脉冲反射式超声波探伤仪由同步电路、发射电路、接受放大电路、扫描电路（又称时基电路），显示电路和电源电路等部分组成。

其工作原理如图1所示。

图1A型脉冲反射式超声波探伤仪的电路方型图

仪器的工作过程为：

电路接通以后，同步电路产生脉冲信号，同时触发发射电路、扫描电路。

发射电路被触发以后高频脉冲作用于探头，通过探头的逆电压效应将信号转换为声信号，发射超声波。

超声波在传播过程中遇到异质界面（缺陷或底面）反射回来被探头接受。

通过探头的正压电效应将声信号转换为电信号送至放大电路被放大检波，然后加到荧光屏垂直偏转板上，形成重叠的缺陷波F和底波D。

扫描电路被触发以后产生锯齿波，加到荧光屏水平偏转板上，形成一条扫描亮线，将缺陷波F和底波D按时间展开完整的显示在荧光屏上。

脉冲反射式超声波探伤仪具有以下特点

（1）、以荧光屏横坐标表示传播距离，以纵坐标表示回波高度。

（2）、可做单探头或双探头探伤。

（3）、在声束覆盖区，可以同时显示不同声程上的多个缺陷。

（4）、适应性较广，可以不同探头进行纵波、横波、表面波、板波等多种波型探伤。

（5）、只能以回波高度来表示反射量，因此缺陷量值显示不直观，结果判断受人为因素影响较多。

2、仪器各旋钮的调节

（1）、扫描基线的显示与调节

【电源开关】－置“开”时，仪器电源接通，面板上电压指示红区，约1分钟后，荧光屏上显示扫描基线。

【辉度】－调节扫描基线的明亮程度。

【聚焦】与【辅助聚焦】－调节扫描基线的清晰程度。

【垂直】－调节扫描基线在垂直方向的位置。

【水平】－调节扫描基线在水平的位置，可以在不改变扫面比例的情况下使整个时间轴左右移动。

此旋钮与调节探测范围的【粗调】、【微调】配合，用于直探头和斜探头扫描比例的调整。

CTS-22型仪器的【脉冲位移】具有一般仪器的“水平位移”功能。

CTS-22型仪器的【辅助聚焦】、【辅助聚焦】、【垂直】、【水平】旋钮为内调式，出厂时已调好，使用时一般不必再调，如需调节则打开仪器上盖板按说明书调节好。

（2）、工作方式的选择

单探头－一只探头兼作发射和接收。

双探头－一只探头发射，另一只探头接收。

（3）、探测范围的调节

【粗调】或【深度范围】－根据工件厚度粗调探测范围。

【微调】－微调探测范围，微调与【脉冲移位】（CTS-22）配合使用，可按一定比例调节扫描基线。

（4）、显示选择

【检波】荧光屏上显示的是检波后的单向波形，是一种常用波形。

（5）、扫描选择

【同步】同步电路同时触发扫描电路和发射电路，扫描与发射高频脉冲同时开始，同步扫描，荧光屏上可完整显示始波、伤波和底波。

【延迟】扫描延迟电路加在同步电路与扫描电路之间，讲同步脉冲触发扫描电路的时间延长，即扫描迟于发射以后进行，CTS-22型仪器的脉冲【脉冲位移】旋钮同时具有“扫描延迟”的作用，与【深度范围】配合可使波形放大。

（6）、仪器灵敏度的调节

仪器灵敏度是指仪器输出功率的大小，输出功率大，灵敏度高，反之灵敏度低。

仪器灵敏度可以通过【增益】、【衰减器】、【抑制】、【发射强度】等旋钮来调节。

【增益】－通过调节接收放大器的放大倍数来调节荧光屏上的波高使之准确达到规定高。

增益大，灵敏度高。

【衰减器】－定量地调节荧光屏上的波高，常用于比较某回波高与基准波高的相对高度，单位为dB。

衰减器分粗调与细调，均为步进式调节。

【抑制】－限制检波后信号的输出幅度。

抑制杂波，提高信噪比。

使用【抑制】，将使仪器的垂直线性变坏，动态范围变小。

因此当使用荧光屏面板对缺陷定量时，不得使用（抑制）。

抑制增加，灵敏度降低。

【发射强度】－调节发射脉冲的输出的功率。

发射强度强，灵敏度高。

但这时脉冲宽度增大，分辨力降低。

3、仪器的主要性能及仪器与探头主要综合性能

仪器性能仅与仪器有关。

仪器主要性能有水平线性、垂直线性和动态范围。

（1）、水平线性

仪器荧光屏上时基线水平刻度值与实际声程成正比的程度，称为仪器的水平线性或时基线性。

水平线性主要取决于扫描锯齿波的线性。

仪器水平线性的好坏直接影响测距精度，进而影响缺陷定位。

（2）、垂直线性

仪器荧光屏上的波高与输入信号幅度成正比的程度称为垂直线性或放大线性。

垂直线性主要取决于放大器的性能。

垂直线性的好坏影响应用面板曲线对缺陷定量的精度。

（3）、动态范围

仪器的动态范围是指反射信号从垂直极限衰减到消失时所需的衰减量，也就是仪器荧光屏容纳信号的能力。

影响动态范围的主要因素的仪器的线性范围和荧光屏的大小。

仪器与探头的主要综合性能不仅与仪器有关，而且与探头有关。

主要综合性能有盲区、分辨力、灵敏度余量等。

（1）、盲区

从探测面到能发现缺陷的最小距离，称为盲区。

盲区内缺陷一概不能发现。

盲区与放大器的阻塞时间和始脉冲宽度有关，阻塞时间长，始脉冲宽，盲区大。

（2）、分辨力

在荧光屏上区分距离不同的相邻两缺陷的能力称为分辨力。

能区分的两缺陷的距离愈小，分辨力就愈高。

分辨力与脉冲宽度有关，脉冲宽度小，，分辨力高。

（3）、灵敏度余量

灵敏度余量是指仪器与探头组合后，在一定的探测范围内发现微小缺陷的能力。

具体指从一个规定测距孔径的人工试块上获得规定波高时仪器所保留的dB数。

保留的dB数愈高，说明综合灵敏度愈高。

三、实验器材

1.、仪器：

CTS-22。

2.、探头：

2.5MHz20的直探头。

3.、试块：

CSK-IA、IIW。

4.、耦合剂：

机油。

5.其他：

压块，坐标纸等。

四、实验步骤

1、水平线性的测试

（1）调有关旋钮时基线清晰明亮，并与水平刻度线重合。

（2）将探头通过耦合剂置于CSK-IA或IIW试块上，如图2的A处。

（3）调【微调】、【水平】或【脉冲移位】等按钮，使荧光屏上出现六次底波B1-B6,且使B1，B6前沿分别对准水平刻度值0和100，如图3。

（4）观察记录B2、B3、B4、B5与水平刻度值20，40，60，80的偏差值a2,a3,a4，a5

（5）计算水平线性误差：

式中amax为a2、a3、a4、a5中最大者，

b——荧光屏水平满刻度值。

2、垂直线性的测试

（1）【抑制】至“0”，【衰减器】保留30dB衰减余量。

（2）探头通过耦合剂置于Z20-4，如图3

　　（3）调【增益】使底波达荧光屏满幅度100％，但不饱和，作为0dB。

　　（4）固定【增益】，调【衰减器】，每次衰减2dB，并记下相应回波高度打，填入表1表中：

相对波高％＝

理想相对波高Hs=

%

　　（5）计算垂直线性误差D=

d1——实测值与理想值的最大正偏差；

d2——实测值与理想值的最大负偏差；

3.动态范围的测试

（1）【抑制】至“0”，【衰减器】保留30dB。

（2）探头置于图3，调【增益】使孔波达荧光屏满幅度100％但不饱和。

　　（3）固定【增益】，记录这时衰减余量N1，调【衰减器】使孔波降到刚好分辨,记下这时的衰减余量N2。

　　（4）计算动态范围：

△＝N2-N1（db）

4、盲区的测定

（1）【抑制】至“0.

（2）调节仪器的有关灵敏度旋钮，使其符合探伤规范要求。

　　（3）探头通过耦合剂恒定与II-W型试块上，如图4I和II。

　　（4）如荧光屏上始波之后出现一个独立的回波，则盲区大于测试位置厚度。

5、分辨率的测定

（1）【抑制】至“0”，其它旋钮位置适当。

（2）探头置于图4所示的CSK-IA的III处，前后左右移动探头，使荧光屏出现声程为85，91，100的三个反射波。

　　（3）当A,B,C不能分开时，如图5（a），则分辨率为

F1=（91-85）

　　（4）当A,B,C能分开时，如图5（b），则分辨率为

F1=（91-85）

mm

6、灵敏度余量的测试

（1）【抑制】至“0”，【增益】最大，【发射强度】至强。

（2）连接探头，调节【衰减器】使仪器噪声电子为满幅度10％，记录这时【衰减器】的读数N1。

（3）探头置于图6所示的灵敏度余量试块上（200∕

2平底孔试块），调【衰减器】使平底孔回波达满幅度80％，这时【衰减器】的读数N2。

（4）计算：

灵敏度余量△N＝N2-N1（db）

五、实验结果及结果分析

1、水平线性测试结果

　　实验结果图像

实验结果数据

表一底波B2、B3、B4、B5与水平刻度值2、4、6、8的偏差

序号

a2

a3

a4

a5

amax

差值

0.04

-0.02

-0.02

0.02

0.04

水平线性误差计算

=

2、垂直线性测试

比例调节1：

4

衰减

ΔｉdB

相对波高

100Hi（%）

理想相

对波高

偏差

图像

0

100

100

0

2

80

79.4

0.6

4

62

63.1

-0.9

6

50

50.1

-0.1

8

40

39.8

0.2

10

33

31.6

1.4

12

27

25.1

1.9

14

20

20.0

0

16

17

15.8

1.2

18

13

12.6

0.4

20

10

10.0

0

垂直线性误差计算

D=

=（1.9+∣-0.9∣）%=2.8%

3、动态范围测试

图像

孔波高度

100%

刚好可见

衰减器读数

N1=38

N2=68

动态范围计算

ΔN=N2-N1=68-38=30

4、盲区的测定

确定1:

1比例

在5mm与10mm处测试

位置

5mm

10mm

图像

独立底波

无

无

结论：

此台仪器盲区大于10mm

5、分辨率测试

图像

由图可知：

c=6：

a=2

则分辨率为：

F1=（91-85）

mm=（91-85）

=2mm

6、灵敏度余量测试

状态

10%电噪声（N0）

50%孔回波（Ni）

衰减器读数

20

46

灵敏度余量计算：

N=（Ni-N0）dB=26dB

六、实验结论

通过对CTS-22的测试，与仪器性能参数对比，其性能为

0.4%的水平线性误差，其水平线性很好；

2.8%的垂直线性误差，其垂直线性很好：

30dB的动态范围，动态范围符合要求；

盲区大于10mm，盲区较大；

分辨力为2mm，分辨力良好；

灵敏度余量为26dB，灵敏度余量小于其标准参数；