仪器探头性能指标及其测试方法.docx

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仪器探头性能指标及其测试方法

仪器、探头主要组合的性能测定

主要性能测试项目及其性能指标

仪器

灵敏度余量

垂直线性误差

动态范围

分辨力

水平线性误差

探测范围

通用仪器

≥46dB

≤6%

≥26dB

≥26dB

≤2%

数字仪器

≥60dB

≥3.6m

探头

频率误差

相对灵敏度余量

分辨力

声轴偏斜角

折射角误差

直探头

≤15%

≥40dB

≥26dB

≤1.5°

斜探头

≤15%

≥60dB

≥18dB

≤4%

小角度探头

≤15%

≥50dB

≥16dB

≤2°

不动车专用

≥75dB

一、超声波探伤仪主要性能测试方法

　1、电噪声电平（%）

仪器灵敏度置最大，发射置强，抑制置零或关，增益置最大，衰减器置“0”，深度粗调、深度微调置最大。

读取时基线噪声平均值，用百分数表示。

2、灵敏度余量（dB）

　a）使用2.5MHz、Φ20直探头和CS－1－5或DB--PZ20—2型标准试块。

　b）连接探头并将仪器灵敏度置最大，发射置强，抑制置零或关，增益置最大。

若此时仪器和探头的噪声电平（不含始脉冲处的多次声反射）高于满辐的10％，则调节衰减或增益，使噪音电平等于满辐度的10％记下此时衰减器的读数S0。

图1　直探头相对灵敏度（灵敏度余量）测量

　c）将探头置于试块端面上探测200mm处的i2平底孔，如图17所示。

移动探头使中Φ2平底孔反射波辐最高，并用衰减器将它调至满辐度的50％，记下此时衰减器的微Sl，则该探头及仪器的探伤灵敏度余量S为：

S=S1--S0（dB）

3、垂直线性误差测量（%）

（1）连接探头并在试块上探测任一反射波（一般声程大于50mm）作为参照波，如图2所示。

调节探伤仪灵敏度，使参照波的辐度恰为垂直刻度的100％，且衰减器至少有30dB的余量。

测试时允许使用探头压块。

图2　垂直线性误差测量

（2）用衰减器降低参照波的辐度，并依次记下每衰减2dB时参照波辐度的读数，直至衰减26dB以上。

然后将反射波辐度实测值与表l中的理论值相比较，取最大正偏差d（+）与最大负偏差d（-），则垂直线性误差△d用式

（1）计算：

△d=｜d（+）｜+｜d（-）｜…………………

（1）

（3）在工作频率范围内，改用不同频率的探头，重复

（1）和

（2）的测试。

表1

衰减量dB

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

波高理论值

100

79.4

63.1

50.1

39.8

31.6

25.1

20.0

15.8

12.5

10.0

7.9

6.3

5.0

实测值

4、动态范围的测量（dB）

（1）连接探头并在试块上探测任一反射波（一般声程大于50mm）作为参照波。

（2）调节衰减器降低参照波，并读取参照波辐度自垂直刻度的100％下降至刚能辨认之最小值（一般约为3～5％）时衰减器的调节量，此调节量则定为该探伤仪在给定频率下的动态范围。

（3）按

（1）和

（2）条方法，测试不同频率不同回波时的动态范围。

5、水平线性误差测量（%）

（1）连接探头，并根据被测探伤议中扫描范围档级将探头置于适当厚度的试块上，如DB――D1，DB—Pz20-2，CSK-1A试块等，如图3所示。

再调节探伤仪使之显示多次无干扰底波。

（2）在不具有“扫描延迟”功能的探伤仪中，在分别将底波调到相同辐度的条件下，使第一次底波B1的前沿对准水平刻度“2”第五次底波B5的前沿对准水平刻度“10”，然后依次将每次底波调到上述相同辐度，分别读取第二、三四次底波前沿与水平刻度“4”、“6”、“8”的偏差Ln，如图4所示，然后取其最大偏差Lmax按式

（2）计算水平线性误差ΔL：

式中：

ΔL：

水平线性误差，％；

B：

水平全刻度读数。

图3　水平线性误差测量

图4　水平线性误差测量

　（3）在具有“扫描延迟”功能的探伤仪中，按

（2）条的方法，将底波以前沿对准水平刻度“0”，底波B6前沿对准水平刻度“l0”，然后读取第二至第五次底波中之最大偏差值Lmax，再按式（3）计算水平线性误差△L

（4）在探伤仪扫描范围的各档级，至少应测试一种扫描速度下的水平线性差。

　6、分辨力的测量（dB）

使用2.5MHz、Φ20直探头

a）仪器抑制置零或关，其它旋钮置适当位置，连接探头并置于CSK-IA标准试块上，探测声程分别为85mm和91mm反射面的反射波（如图9所示），移动探头使两波等高；

图9　直探头分辨力的测量

b）改变灵敏度使两次波辐同时达到满辐度的100％，然后测量波谷高度h，则该探头的分辨力R用下式计算：

R=20lg（100／h）

若h=0或两波能完全分开，则取R>30dB。

二、超声探头的测试方法

1、探头回波频率及频率误差测量

（1）直探头回波频率的测试

a）连接被测探头并置于l号标准试块25mm厚度处，使第一次底波最高。

b）用示波器在探伤仪的接收输入端观察底波B1的扩展波形，如图8，在此波形中，以峰值点P为基准，读出在其前一周期、后两个周期共计三个周期的时间T3，根据fe=3／T3计算回波频率fe，再按下式计算回波频率误差：

口fe=（fe-f0）／f0×100％………………（7）

式中：

fe回波频率误差，％；f0――探头的标称频率。

图8探头回波频率测量

（2）斜探头回波频率的测量

仪器连接及调节度与直探头相同，将探头置于1号试块上探测R100圆弧面的最高回波。

其余步骤与直探头相同。

2、分辨力（纵向）测量

（1）直探头分辨力的测量

a）仪器抑制置零或关，其它旋钮置适当位置，连接探头并置于CSK-IA标准试块上，探测声程分别为85mm和91mm反射面的反射波（如图9所示），移动探头使两波等高；

图9　直探头分辨力的测量

b）改变灵敏度使两次波辐同时达到满辐度的100％，然后测量波谷高度h，则该探头的分辨力R用下式计算：

R=20lg（100／h）…………………………（8）

（1）若h=0或两波能完全分开，则取R>30dB。

（2）斜探头分辨力的测量

a）如图10所示，探头置于CSK一1A试块的K值测量位置，耦合良好，探测试块上A（Φ50）、B（Φ44）两孔的反射波，移动探头使两波等高；

b）调节衰减器和增益，使A、B西波波辐同时达到满辐度的100％，然后测量波谷高度h，

则该探头的分辨力R用式（8）计算；

c）若h=0或两波能完全分开，则取R>30dB。

图10　斜探头分辨力的测量

　（3）小角度探头分辨力的测量

将探头置于K<1.5的位置，其余测试步骤同斜探头分辨力的测量。

3、直探头声轴偏斜角的测量

（1）在DB---H1试块上选取深度约为2倍被测探头近场长度的横通孔。

（2）标出探头的参考方向，将探头几何中心轴对准横通孔中心轴，然后使探头沿x方向在试块中心线上移动，测出到孔波最高点时探头的移动距离D、，其中孔波辐度最高点在+x方向时加上（+）号，在-x方向时加上（-）号，如图1l。

图11　直探头声轴偏斜角的测量

（3）继续沿x方向移动探头，分别测出孔波辐度最高点至孔波辐度下降6dB时探头的移动距离W+x和w-x。

（4）使探头沿y方向对准试块中心线移动，按上两条的方法测出Dy、W+y和W-y。

（6）Dx、Dy。

表示了声轴的偏移，W+x、W-x、W+y和Wy表示了声束宽度，读数精确到1mm。

按下式计算声轴的偏斜角θ：

4、斜探头、小角度入射点的测定

（1）横波斜探头

　连接被测探头并置于CSK一1A型标准或CSK—I型标准试块上探测试块R100圆弧面，如图12所示。

前后移动探头并保持探头与试块侧面平行，使R100圆弧面的回波辐度达到最高，则此时R100圆心刻线所对应的探头侧棱上的点的即为探头的入射点。

读数精确到0.5mm。

图12　入射点的测定

（2）小角度纵波探头

调整仪器各旋钮使屏幕显示正常，将被测探头置于TZS—R试块的R面上（图13）探测试块A面下棱角，前后移动探头，并注意保持探头声束与试块侧面平行，使A面下棱角回波达到最高，记下此时探头前沿至试块前端以端）的距离为然后用二次反射被探测A面上棱角，同样前后移动探头，使A面上棱角回波达到最高，记下此时探头前沿至试块前端（A端）的距离XZ，则探头前沿至入射点的距离为：

a=x2—2xl

5　斜探头折射角的测量

测试设备：

a）探伤仪；b）l号标准试块；C）刻度尺。

测试步骤

将探头置于1号标准试块上，当K≤1.5时，探头放在如图10（a）位置，观察Φ50mm孔的回波；1.52.5时，则观察图10（c）的Φ1.5mm横通孔的回波。

前后移动探头，直到孔的回波最高时固定下来，然后在试块上读出按3.2.5测得的入射点相对应的角度刻度β，β即为被测探头折射角，读数精确到0.5º。

图10

按下式计算K值：

K=tgβ

式中：

β－折射角，（°）；

（2）小角度纵波探头K值和β角的测定

　在小角度探头的K值和β角测定之前，应首先测定探头的前沿距离a，然后再按图15和图16所示方法，在TZS—R试块的c面或B面进行测试，当找到端面（A面）上棱角的最大反射波高时，则探头的K值和w角用下式计算：

　当探头入射角在6º～8º时（如图15）

k=：

（X+a）／200…………………………（11）

β=arctgk

当探头入射角在9º～11º时（如图16）

k=（X+a）／80；…………………………（12）

p=arctgk

图15　　　　　　　　　　　　　　　　图16

小角度探头人射角α和折射角β对应关系如表3（斜块声速取2730m／s）。

表3

入射角α

5°

6°

7°

8°

9°

10°

11°

12°

折射角β

10.86°

13.06°

15.27°

17.5°

21.76°

22.04°

24.35°

26.7°

6　相对灵敏度

（1）直探头（等同于探伤灵敏度余量）

　a）使用2.5MHz、Φ20直探头和CS－1－5或DB--PZ20—2型标准试块。

　b）连接探头并将仪器灵敏度置最大，即发射置强，抑制置零或关，增益置最大。

若此时仪器和探头的噪声电平（不含始脉冲处的多次声反射）高于满辐的10％，则调节衰减或增益，使噪音电平等于满辐度的10％记下此时衰减器的读数S0。

图17　直探头相对灵敏度（灵敏度余量）测量

　c）将探头置于试块端面上探测200mm处的Φ2平底孔，如图17所示。

移动探头使中Φ2平底孔反射波辐最高，并用衰减器将它调至满辐度的50％，记下此时衰减器的微Sl，则该探头及仪器的探伤灵敏度余量S为：

S=S1--S0（dB）………………………………………（13）

（2）斜探头相对灵敏度测试

连接好被测试斜探头并按直探头的方法测量噪声电平S0，然后将探头并置于CSK-1A标准试块上探测R100圆弧面（如图18），耦合良好并保持声束方向与试块侧面平行，前后移动探头，使R100圆弧面的一次回波辐度最高，将其衰减至满辐度的50％，此时衰减器的读数为S2。

则斜探头的相对灵敏度S为：

S=S2-S0（dB）…………………………………………（14）

图18　斜探头相对灵敏度