实验一超声波仪器性能的测定.docx
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实验一超声波仪器性能的测定
超声波检测实验讲义
实验一超声波仪器性能的测定
一.目的：
现场测试超声波仪器性能，包括垂直线性，水平线性，电噪声，动态范围和衰减器精度。
二.实验设备：
超声波探伤仪，直探头（2.5P14，2.5P20，5P14等均可）IIW1试块（或CSK-IA，1#试块等均可）平底孔试块。
三.实验步骤
1.测定垂直线性
缺陷在工件中的大小是通过缺陷回波在示波屏上的幅度大小反映的，反射回波幅度是按一定规律反映缺陷实际反射声压的大小，即为仪器的垂直线性状况，以垂直线性误差表示。
如图1所示，把与探伤仪连接的直探头平稳地耦合在平底孔试块的探测面上，仪器上的"抑制"与"深度补偿"关闭，在衰减器上应至少留有30dB的衰减余量，调节"增益"，使直探头在试块上找到的最大平底孔回波高度为100%满刻度，固定探头位置与接触压力（必要时可采用专用的探头压块）。
调节衰减器，依次记下每衰减2dB时平底孔回波幅度的满刻度百分数并记入表1，并与理论值比较，取最大正偏差△+和负偏差最大绝对值｜△-｜之和为垂直线性误差，即：
△=（｜△+｜+｜△-｜）（%）----
（1）
注：
理论波高值按下式计算-- △dB=20lg（H100/H）（式中H100为以100%满刻度起始的基准波高，H为每衰减2dB时理论上应达到的波高）。
最后在图2上以波高（%）为纵坐标，衰减量（dB）为横坐标绘出垂直线性理想线与实测线（按表1），再根据
（1）式计算垂直线性误差。
表1
衰减量（dB）
理论波高值（%）
实测波高值（%）
偏差±（%）
垂直线线
0
100
2
79.4
4
63.1
6
50.1
8
39.8
10
31.6
12
25.1
14
20.0
16
15.8
18
12.5
20
10.0
22
7.9
24
6.3
26
5.0
28
4.0
30
3.2
图1图2
2.测定水平线性
缺陷在工件中的位置是通过缺陷回波在示波屏上的位置反映出来的，通过仪器有关旋钮调整能否使仪器示波屏上的水平扫描线按一定比例反映超声波在工件中所经过的距离，即为仪器的水平线性，以水平线性误差表示。
如图3所示，把直探头平稳地耦合在IIW1试块上厚度25mm的平面上（应离开边缘有一定距离以防止侧壁效应干扰），调节仪器上的"增益"，"衰减"，"水平"（或"零位"，"延迟"），"深度"（粗调与细调），当采用"五次底波法"时：
应使示波屏上出现五次无干扰底波，在相同回波幅度（例如50%或80%满刻度）情况下，使第一次底波B1前沿对准水平刻度线的20mm刻度，第五次底波B5前沿对准水平刻度线的100mm刻度，然后依次将B2，B3，B4调节到上述相同幅度下读取第二，三，四次底波前沿与水平刻度线上的40mm，60mm和80mm刻度的偏差，填入表2，取最大偏差△max（以mm计）按下式计算水平线性误差：
△=（｜△max｜/0。
8L）x100%，式中L为水平刻度线全长，通常为100mm，故0。
8L=80mm
图3图4
表2
底波次数
B1
B2
B3
B4
B5
水平刻度标定值（mm）
20
40
60
80
100
实际读数（mm）
20
100
偏差（mm）
0
0
采用五次底波法仅能测定0。
8L范围内的水平线性，而对前面占0。
2L的范围则不能测定，因此现在已要求采用六次底波法，即：
以相同幅度（50%或80%满刻度）使B1前沿对准水平刻度线0mm处，B6前沿对准水平刻度100mm处，也在相同幅度下读取B2，B3，B4，B5各底波前沿与水平刻度线20mm，40mm，60mm，80mm的偏差（见图4），填入表3，取最大偏差△max（以mm计）按下式计算水平线性误差：
=（｜△max｜/L）x100%，式中L为水平刻度线全长，通常为100mm。
表3
底波次数
B1
B2
B3
B4
B5
B6
水平刻度标定值（mm）
0
20
40
60
80
100
实际读数（mm）
0
100
偏差（mm）
0
0
3。
测定电噪声
仪器内部电子元件及电路上的固有噪声（电子噪声）的大小对超声检测时的信噪比有影响，并且其大小与仪器的工作频率和脉冲重复频率有关。
测定方法：
将探伤仪的灵敏度调至最大（"增益"最大，"衰减"为零，"抑制"关闭，"发射强度"或"脉冲能量"最大），且扫描范围最大，在避免外界干扰的条件下（卸掉探头，仪器周围无高频或强磁场干扰等），读取水平基线上电噪声平均幅度在垂直刻度上的百分数作为仪器的电噪声水平。
4。
测定动态范围
动态范围即是探伤仪放大器的线性工作范围，实用中是指在水平基线上能够识别最小反射波的界限，为了能够尽可能地利用示波屏上的波高值判断缺陷大小，就要求放大器的线性工作范围尽量大，以及动态范围应该尽量大为好。
测定方法：
测试步骤与垂直线性测量的方法基本相同，即调节平底孔最大回波高度为100%满刻度后，调节衰减器读取平底孔回波从100%满刻度下降到刚刚能够辨认的最小波高（一般取1%或1mm）时衰减器的调节量（dB值），将此作为探伤仪在该探头给定工作频率下的动态范围（不同参考反射体回波及不同工作频率下的动态范围是有差异的），在测试时可与垂直线性测定同时进行。
5。
衰减器精度的测定
衰减器是超声检测时进行定量评价的关键工具，其示值的准确度直接影响定量评价的精确度。
如图1所示，将直探头平稳地耦合在平底孔试块探测面上，找到平底孔最大回波后固定探头，使衰减器读数为零分贝，调节"增益"使平底孔回波高度为100%满刻度，然后调节衰减器，以1dB（或2dB）的步进增量增加到21（或22dB），记录每次衰减后的回波高度记入表4（A）栏，再使衰减器读数为10dB，重新调节"增益"使平底孔回波高度为100%满刻度，再同样调节衰减器以1dB（或2dB）步进增量增加到31（或32dB），记录每次衰减后的回波高度记入表4（B）栏。
注：
A对B波高相差dB值按下式计算--△dB=20lg（HA/HB）。
衰减dB值
理论波高值（%满刻度）
实测A值（%满刻度）
实测B值（%满刻度）
A对B波高相差dB值
0（10）
100
100
100
0
1（11）
89.1
2（12）
79.4
3（13）
70.8
4（14）
63.1
5（15）
56.2
6（16）
50.1
7（17）
44.7
8（18）
39.8
9（19）
35.5
10（20）
31.5
11（21）
28.2
12（22）
25.1
13（23）
22.4
14（24）
20.0
15（25）
17.8
16（26）
15.8
17（27）
14.1
18（28）
12.6
19（29）
11.2
20（30）
10.0
21（31）
8.9
22（32）
7.9
[1]以1dB表示，将0-21dB（10-31dB）各次测定误差dB的绝对值相加除以22，得到平均每dB的误差值（±）。
[2]以2dB表示，将0-22dB（10-32dB）各双数dB衰减测定的误差绝对值相加除以12，得到平均每2dB的误差值（±）。
[3]以12dB表示，将12dB（22dB）时的误差值作为每12dB的误差值（±）。
实验二超声波仪器与探头综合性能-直探头性能参数测定
一.实验目的：
掌握现场测试直探头性能参数的方法，包括：
探伤灵敏度余量，相对灵敏度，分辨力，始波占宽，声轴线偏移，扩散角及距离-振幅特性
二.实验设备：
超声波探伤仪直探头（2.5P14，2.5P20，5P14等均可）平底孔距离-振幅试块或声场测试水槽
IIW1试块（或CSK-IA，1号试块）钢制横孔距离≥探头近场长度两倍的试块Φ2-200mm钢制平底孔试块石英标定探头（2。
5Q20B或5Q20B）石英晶片固定试块
三.实验步骤：
1。
测定探伤灵敏度余量
提示：
探伤仪的最大探测灵敏度，或者说可探测到的最小缺陷，以在一定距离和一定尺寸的人工反射体上的灵敏度余量表示，称作探伤灵敏度余量。
方法
（1）：
只使用Φ2-200mm钢制平底孔试块，如实验六中的图1所示放置探头，找到埋藏深度200mm且直径2mm的平底孔最大回波，调整仪器的"增益"和"发射强度"最大，"衰减"为零，"抑制"和"深度补偿"关闭。
当仪器上的电噪声太高时，调整衰减器使电噪声平均幅度下降到10%满刻度，设此时衰减器读数为S0，然后调节衰减器使该平底孔最大回波下降到50%满刻度，设此时衰减器读数为S1，则在该探头和该仪器以及该试块条件下的探伤灵敏度余量为：
S=S1-S0（dB）
方法
（2）：
使用石英标定探头或石英晶片固定试块表示的探伤灵敏度余量。
连接石英标定探头耦合在IIW1试块上厚度100mm的侧平面上，找到100mm距离的底面最大回波，按方法
（1）调整仪器得到衰减器读数S0后，再调节衰减器使该最大回波下降到50%满刻度，此时衰减器读数为S2，则在此条件下仪器与石英标定探头组合的探伤灵敏度余量为：
SQ=S2-S0（dB）或者改接石英晶片固定试块（石英晶片与厚度100mm的45#钢试块已粘结成整体），同样按上述方法可测定在该条件下仪器与石英晶片固定试块组合的探伤灵敏度余量。
2。
测定相对灵敏度
提示：
在相同条件下比较被测直探头与石英晶片固定试块的灵敏度差值。
连接被测直探头耦合在IIW1试块上厚度100mm的侧平面上，找到100mm距离的底面最大回波，仪器调整同探伤灵敏度余量方法
（1），测出将第一次最大底面回波下降到50%满刻度所需的衰减dB值S3，换接上频率相同的石英晶片固定试块（石英晶片与厚度100mm的45#钢试块已粘结成整体），用同样方法测出将第一次最大底面回波下降到50%满刻度所需的衰减dB值S4，则在此条件下被测探头的相对灵敏度为：
Sr=S3-S4（dB）
3。
测定分辨力
提示:
超声波在传递声路上对两个相邻缺陷反射能在示波屏上分辨出来的能力,以分辨力指标衡量,即以一定间隔的相邻反射体其回波分隔程度,以dB表示.
把被测直探头如图1所示耦合在IIW1试块上,适当调整"增益"和"衰减器"（衰减器上应至少预留30dB备用）,并左右适当移动探头,使声程85mm和91mm（相隔6mm）的两个反射面回波高度相同并达到30或40%满刻度（图中的H）,以此为基准波高,减小衰减器数值（释放增益）至这两个回波之间的波谷上升到波峰原在的基准高度（"H"）,所需dB值即为该直探头在此条件下测得的X分辨力（一般简称为"分辨力"）.它表征对深度方向上相距6mm两个反射体的分辨能力.也可以用同样方法以dB表示对深度方向上相距9mm（91mm和100mm两个反射面）时的分辨力（Y分辨力）,但一般只采用X分辨力.
图1
4.测定始波占宽
图2图3
提示:
始波占宽是指示波屏上时脉冲在水平刻度线上
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