超声波探伤仪的使用和性能测试
超声波探伤仪的使用和性能测试
一、实验目的
1、了解A型超声波探伤仪的简单工作原理。
2、掌握A型超声波探伤仪的使用方法。
3、掌握水平线性、垂直线性和动态范围等主要性能的测试方法。
4、掌握盲区、分辨力和灵敏度余量等综合性能的测试方法。
二、超声波探伤仪的工作原理
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件中传播时间(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型脉冲超声波探伤仪的型号规格较多，线路各异，但它们的基本电路大体相同。
下面以CTS-22型探伤仪为例说明A型脉冲超声波探伤仪的基本电路。
CTS-22型超声探伤仪主要由同步电路、发射电路、接收放大电路、时基电路(又称扫描电路)、显示电路和电源电路组成，如图1.1所示。
各电路的主要功能如下：
(1)同步电路：产生一系列同步脉冲信号，用以控制整台仪器各电路按统一步调进行工作
(2)发射电路：在同步脉冲信号触发下，产生高频电脉冲，用以激励探头发射超声波。
(3)接收放大电路：将探头接收到的信号放大检波后加于示波管垂直偏转板上。
(4)时基电路：在同步脉冲信号触发下，产生锯齿波加于示波管水平偏转板上形成时基线。
(5)显示电路：显示时基线与探伤波形。
(6)电源电路：供给仪器各部分所需要的电压。
在实际探伤过程中，各电路按统一步调协调工作。当电路接通以后，同步电路产生同步脉冲信号，同时触发发射电路和时基电路。发射电路被触发以后产生高频电脉冲作用于探头，通过探头中压电晶片的逆压电效应将电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)反射回来被探头接收，通过探头的正压电效压将声信号转换为电信号送至放大电路被放大检波，然后加到示波管垂直偏转板上，形成重迭的缺陷波F和底波B。时基电路被触发以后产生锯齿波，加到示波管水平偏转板上，形成一条时基扫描亮线，并将缺陷波F和底波B 按时间展开，从而获得波形。
三、仪器的主要性能
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。
四、仪器与探头的主要综合性能
仪器与探头的综合性能不仅与仪器有关，而且与探头有关。主爱综合性能有盲区、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辫力。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数高，说明灵敏度余量高。
五、实验用品
1、仪器CTS-2
2、CTS-26等。
2、探头：2.5P20Z或2.5P14z。
3、试块：IIW、CSK—IA、200/φ1平底孔试块等。
4、耦合剂：机油。
5、其他：压块、坐标纸等。
六、实验内容与步骤
1、水平线性的测试
(1)调有关旋钮使时基线清晰明亮，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1.2A处。
(3)调[微调]、[水平]或[脉冲移位]等旋钮，使荧光屏上出现五次底波B1～B5，且使B1、B5前沿分别对准水平刻度值2.0和10.0，如图1.3。
(4)观察记录B2、B3、B4与水平刻度值4.0、6.0、8.0的偏差值。
(5)计算水平线性误差：(1.1)
式中 ——中最大者；
b——荧光屏水平满刻度值。
ZBY230—84标准规定仪器的水平线性误差≤2%。
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CSK—IA或IIW试块上，如图1.2B处，并用压块恒定压力。
(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Hi填入表1.1中，直至消失。
表1.1
衰减量Δi dB024681012141618202224
实测绝对波高Hi 相对波高%
理想相对波
高%
偏差%
表中： (1.2)
(1.3)
(5)计算垂直线性误差：
(1.4)
式中 ——实测值与理想值的最大正偏差；
——实测值与理想值的最大负偏差；
ZBY230—84标准规定仪器的垂直线性误差≤8%。
3、动态范围的测试
(1)[抑制]至“O”，[衰减器]保留30dB。
(2)探头置于图1.2A处，调[增益]使底波B。达满幅度100%。
(3)固定[增益]，记录这时衰减余量N1，调[衰减器]使底波B1降至1mm，记录这时的衰减余量N2。
(4)计算动态范围：
△=N2一N1 (dB)
ZBY230—84标准规定仪器的动态范围≥26dB。
4、盲区的测试
盲区的精确测定是在盲区试块上进行的，由于盲区试块加工困难．因此通常利用CSK～IA或IIW试块来估计盲区的范围。
(1)[抑制]至“O”，其他旋钮位置适当。
(2)将直探头置于图1.4所示的I、Ⅱ处。
(3)调[增益]、[水平]等旋钮，观察始波后有无独立的回波。
(4)盲区范围估计：
探头置位I处有独立回波，盲区小于5mm。
探头置于I处无独立回波，于I处有独立回波，盲区在5～10mm之间。
探头置于I处无独立回波，盲区大于10mm。
一般规定盲区不大于7mm。
5、分辨力的测定(直探头)
(1)[抑制]至“0”，其他旋钮位置适当。
(2)探头置于图1．4所示的CSK—IA或IIW块块上m处，前后左右移动探头，使荧光屏上出现声程为85、9l、100的三个反射波A、B、C。
(3)当A、B、C不能分开时，如图1.5(a)，则分辨力F1为：
(1.5)
(4)当A、B、C能分开时，如图1.5(b)则分辨力F2为：
(1.6)
一般规定分辨力不大于6mm。
6、灵敏度余量的测试
(1)[抑制]至“O”，[增益]最大，[发射强度]至强。
(2)连接探头，调节[衰减器]使仪器噪声电平为满幅度的10％，记
录这时[衰减器]的读数N1。
(3)探头置于图1.6所示的灵敏度余量试块上(200／φ1平底孔试块)，调[衰减器]使φl平底孔回波达满幅度的80％。这时[衰减器]读数为N2。
(4)计算：灵敏度余量△N=N2—N1。
七、实验报告要求
1、写出实验名称、目的和用品。
2、简要说明仪器性能、仪器与探头综合性能的测试方法及测试结果。