超声波技术原理.ppt

质量方针：关注顾客需求，恪守服务承诺保证技术领先，力创企业品牌,质量目标：合同履约率100%，顾客满意率100%，产品交付合格率97%以上,超声波的基本物理量,振动物体沿着直线或曲线在某一平衡位置附近做往复周期性的运动称为机械振动。振动是往复周期性的运动。振动的快慢常用振动周期和振动频率两个物理量来描述。周期T:振动物体完成一次全振动所需要的时间，常用单位为秒(s)。频率f:振动物体在单位时间内完成全振动的次数，常用单位为赫兹(Hz)二者互为倒数，既：T=1/f如某人说话的频率f为1000Hz，表示其声带振动为1000次/秒，声带振动周期T=1/f=0.001秒谐振动最简单最基本的直线振动称为谐振动。任何复杂的振动都可视为多个谐振动的合成。谐振动是一种理想条件下的振动，也就是无阻尼振动。阻尼振动由于克服阻力做功，振动物体的能量不断减少，同时，由于在振动传播过程中，伴随着能量的传播也使振动物体的能量不断减少，这种振动称为阻尼运动。受迫振动物体受到周期性变化的外力作用时产生的振动。,超声波的基本物理量,振动的传播过程，称为波动。波动分为机械波和电磁波两大类。机械波是机械振动在弹性介质中的传播过程，如水波，声波，超声波等。电磁波是交变电磁场在空间的传播，如无线电波，红外线，可见光，紫外线以及射线等。产生机械波必须具备两个条件(1)要有做机械振动的波源(2)要有能传播机械振动的弹性介质波动的三个参数波长：同一波线上相邻两振动相位相同的质点间的距离；常用单位为mm频率f：单位时间内，超声波在介质中任一给定点所通过完整波的个数，单位为赫兹(Hz)声速C：波在单位时间内所传播的距离它们之间的关系用公式表示：C=f或=C/f,声波、次声波、超声波都是在弹性介质中传播的机械波，在同一介质中的传播速度相同，区别主要在于频率不同。我们能够听到声音是因为声波传到了我们的耳内，声波的频率在20Hz10000Hz，频率低于或超过上述范围时人们无法听到声音，频率低于20Hz的声波称为次声波，频率超过20000Hz的声波称为超声波。声波：20-20000Hz，人耳可听到的声波范围；次声波：低于20Hz；超声波：高于20000Hz。工业探伤上常用的超声波范围是：0.510MHz;其中钢等金属探伤最常用的频率是：15MHz；,超声波的特点,超声波的特点,超声波波长很短，这决定了超声波具有一些重要特性，使其能广泛应用于无损检测。1、方向性好超声波具有像光波一样定向束射的特性。2、能量高超声检测的工作频率远高于声波的频率，超声波的能量远大于声波的能量。3、遇有界面时，将产生反射、折射和波型的转换。利用超声波在介质中传播时这些物理现象，经过巧妙的设计，使超声检测工作的灵活性、精确度得以大幅度提高。4、穿透能力强对于大多数介质而言，它具有较强的穿透能力。例如在一些金属材料中，其穿透能力可达数米。5、对人体无害。,超声波的分类,超声波的波型指的是介质质点的振动方向与波的传播方向的关系。按波型可分为纵波、横波、表面波和板波等。1、纵波(L)：介质中质点的振动方向与波的传播方向相同的波叫纵波，用L表示。介质质点在交变拉压应力的作用下，质点之间产生相应的伸缩变形，从而形成了纵波。纵波传播时，介质的质点疏密相间，所以纵波有时又称为压缩波或疏密波。声音在空气中的传播是纵波。固体介质可以承受拉压应力的作用，因此可以传播纵波，液体和气体虽不能承受拉应力，但在压应力作用下产生容积的变化，因此液体和气体介质也可以传播纵波。,2、横波S(T)。介质中质点的振动方向垂直于波的传播方向的波叫横波，用S或T表示。横波的形成是由于介质质点受到交变切应力作用时，产生了切变形变，所以横波又叫做切变波。液体和气体介质不能承受切应力，只有固体介质能够承受切应力，因而横波只能在固体介质中传播，不能在液体和气体介质中传播。,3、表面波R（瑞利波）。当超声波在固体介质中传播时，对于有限介质而言，有一种沿介质表面传播的波即表面波。表面波传播时在介质表面的质点作椭圆运动。椭圆的长轴垂直于波的传播方向，短轴平行于波的传播方向，介质质点的椭圆振动可视为纵波与横波的合成。瑞利首先对这种波给予了理论上的说明，因此表面波又称为瑞利波（Rayleighwave），常用R表示。一般认为采用表面波探伤只能发现工件的表面缺陷。,4、板波。在板厚与波长相当的薄板中传播的波称为板波。(1)SH波是水平偏振的横波在薄板中传播的波。(2)兰姆波：对称型（S波）兰姆波的特点是薄板中心质点作纵向振动，上下表面质点作椭圆运动、振动相位相反并对称于中心。非对称型（A型）兰姆波特点是薄板中心质点做横向振动。上下表面质点作椭圆运动、振动相位相同，不对称。,按波的形状分类波阵面：某一时刻介质中所有振动相位相同的质点所连成的面称波阵面。波前：某一时刻，波动所到达的空间各点所连成的面称为波前。波线：波的传播方向称为波线。1、平面波：波阵面为平面的波。波源为一平面。各质点振幅为常数，不随距离而变化。2、柱面波：波阵面为同轴圆柱面的波称为柱面波。柱面波的波源为一直线，其波束向四周扩散，各质点的振幅与离波源距离的平方根成反比。3、球面波：波阵面为同心球面的波称为球面波。球面波的波源为一点，其波束向四面八方扩散。各质点的振幅与离波源的距离成反比。,按振动的持续时间分类1、连续波波源持续不断振动所辐射的波。2、脉冲波波源持续时间很短，间歇辐射的波。,超声波的传播速度,无限大固体介质中的声速（1）固体介质的声速与介质的密度和弹性模量等有关，不同介质声速不同；介质的弹性模量愈大，密度愈小，声速愈大。（2）声速还与波型有关，在同一介质中，纵波、横波、表面波的声速各不相同。它们之间的关系是：CLCSCR在钢中：CL：CS：CR1.8：1：0.9声速与温度、应力和组织均匀性关系（1）一般固体介质中的声速随温度升高而降低；（2）介质中应力增加，声速增加，但增加缓慢；（3）晶粒细，声速大，晶粒粗，声速小。,液体、气体介质中的声速1、声速：液体和气体中只能传播纵波，其波速与容变弹性模量和密度有关。2、声速与温度的关系除水以外，液体中的声速随温度升高而降低；水中声速随温度升高而升高。,波的迭加、干涉、衍射和惠更斯原理,一、波的迭加与干涉1、波的迭加原理（独立性原理）当几列波在同一介质中传播时，如果在空间某处相遇，则相遇处质点的振动是各列波引起的振动的合成，质点的位移是各列波引起的位移的矢量和。几列波相遇后仍保持各自原有的频率、波长、振动方向等特性继续前进。2、波的干涉两列频率相同、振动方向相同、相位相同或相位差恒定的波相遇时，介质中某些地方的振动互相加强。而另一些地方的振动互相减弱或完全抵消的现象。产生干涉的波叫相干波，其波源叫相干源。当两列波的波程差等于波长的整数倍时，二者互相加强，合成幅度达最大值。当两列波的波程差等于半波长的奇数倍时，二者互相抵消，合成幅度达最小值。二、驻波两列振幅相同的相干波在同一直线上沿相反方向传播时互相迭加而形成的波称为驻波。驻波是波动干涉的特例。驻波波线上，有的点始终静止不动，振幅为零，称为波节；有的点始终振幅最大称为波腹。波节与波幅的位置是特定的，相邻波节或相邻波腹的距离均为/2。,三、惠更斯原理和波的衍射1、惠更斯原理介质中波动传播到的各点都可看作是发射子波的波源，在其后的任意时刻这些子波的包迹就决定新的波阵面。利用惠更斯原理可以确定波前的几何形状和波的传播方向。2、波的衍射波在传播过程中遇到与波长相当的障碍物时，能绕过障碍物边缘改变方向继续前进的现象，称波的衍射或绕射。波的绕射和障碍物尺寸Df及波长的相对大小有关。当Df时，波的绕射强，当Df时，反射强，绕射弱，声波几乎全反射。,超声场的特征值,一、声压P超声场中某点在某一时刻所具有的压强P1与没有超声波存在时的静压强P0之比称为该点的声压。P=P1-P0声压的单位为帕斯卡（Pa）1Pa=1N/m2声压幅值与介质的密度、波速和频率成正比。超声波探伤仪示波屏上，波高与声压成正比。二、声阻抗Z超声场中任意一点的声压与该处质点振动速度之比称为声阻抗。声阻抗的大小等于介质密度和声速的乘积。三、声强I单位时间内垂直通过单位面积的声能称为声强。在同一介质中，超声波的声强与声压的平方成正比。,分贝与奈培,分贝与奈培概念1、分贝：声强级单位。通常规定引起听觉的最弱声强I1=10-16W/cm2为标准声强。以声强与标准声强之比的常用对数作为声强级单位。单位为贝尔。各种声音的分贝数大致如下：引起听觉的声强I1=10-16W/cm20dB树叶沙沙声I1=10-15W/cm210dB耳语I1=10-14W/cm220dB谈话I1=10-11W/cm250dB大炮声I1=10-6W/cm2100dB超声波I1=10+4W/cm2200dB2、奈培（NP）：声压比的自然对数的单位1NP=8.86dB1dB=0.115NP声压基准P1或波高基准H1可任取分贝与奈培应用用于表示两个相差很大的量之比显得很方便，在声学和电学中都得到广泛应用，特别是在超声波探伤中应用更为广泛。例如示波屏上两波高的比较就常用dB表示。用dB值表示回波幅度的相互关系，不仅可以简化运算，而且在确定基准波高以后可以直接用仪器衰减器的读数表示缺陷波相对波高。分贝概念的引入对超声探伤有很重要的实用价值。,超声波垂直入射到界面时的反射和透射,单一平界面的反射和透射1、反射波和透射波反射波：在界面反射回原介质内的波。透射波：透过界面在另一介质中传播的波。2、声压反射率和声压透射率界面两侧的声波必须符合下列两个条件：(1)界面两侧的总声压相等，即P0+Pr=Pt(2)界面两侧质点振动速度幅值相等，即（P0-Pr）/Z1=Pt/Z2Z1是第一种介质的声阻抗，Z2是第二种介质的声阻抗声压反射率r：反射波声压与入射波声压之比；声压透射率t：透射波声压与入射波声压之比。可以看出：t-r=1,3、声强反射率R和声强透射率T声强反射率：反射波声强与入射波声强之比：声强透射率：透射波声强与入射波声强之比：可以看出：T+R=1结论：超声波垂直入射到平界面时，声压或声强的分配比例仅与界面两侧介质的声阻抗有关。声阻抗相差越大，声压反射率越大，声压透射率越低；声阻抗越接近，声压反射率越低，声压透射率越大。,声压往复透射率超声探头发射的声波透过工件界面，经底面反射后再透过界面被探头接收。接收的回波声压与入射波声压之比称往复透射率。在底面全反射的情况下，声压往复透射率：与声强透射率数值相等。若底面反射率为则声压往复透射率为：,例、已知钛和钢的声阻抗差约为40%。若从钢一侧探测钛/钢复合板，求复合层回波与底面回波的分贝差。解：,超声波斜入射到界面的反射和折射,一、反射、折射和波型转换1、反射和反射波：超声波斜入射至界面时，一部分声波返回原介质中，改变方向传播，称为反射，该声波称反射波。2、折射和折射波：超声波斜入射至界面时，一部分声波进入第二种介质，改变方向继续传播，称为折射，该声波称为折射波。3、波型转换：超声波斜入射至界面时，除产生同种波型的反射和折射波外，不产生不同类型的反射和折射波，这种现象称为波型转换。,4、反射、折射定律（斯奈尔定律）超声波斜入射到界面时，其产生的反射波、折射波和入射波的角度之间存在下列关系（反射折射定律）：（1）纵波斜入射（2）横波斜入射斯奈尔定律可简化为下式表示：由公式得知：超声波斜入射至平界面时，其反射角、折射角的大小只与界面两侧介质的声速有关。声速大则角大，声速小则度小，声速相等则角度相等。,5、临界角（1）第一临界角（纵波斜入射时，纵波折射角等于900时的入射角）（2）第二临界角（纵波斜入射时，横波折射角等于900时的入射角）（3）第三临界角（横波斜入射时，纵波反射角等于900时的入射角）,二、斜入射的声压反射率斜入射时的声压反射率和透射率不仅与介质声阻抗有关，而且与入射角有关。,三、声压往复透射率纵波斜入射到水/钢界面：,纵波斜入射到有机玻璃/钢界面的声压往复透射率,四、端角反射超声波在两个平面构成的直角内的反射叫端角反射。,超声波在端角经历了两次反射，纵波入射时端角反射率都很低，横波入射时，当入射角在300和600附近时端角反射率很低。,超声波的聚焦与发散,一、声压距离公式1、平面波波束不扩散，声压不随距离变化。2、球面波：声压与距离成反比。3、柱面波：声压与距离的平方根成反比。二、球面波在平界面的反射与折射1、球面波在单一平界面上的反射：反射波仍为球面波且波源与入射源对称。反射波声压为：2、单一平界面上的折射球面波入射到平界面时，其折射波不再是严格的球面波了。例如球面波入射到水钢界面时，其折射波更加发散。,三、平面波在曲界面上的反射平面波入射到凹曲面时，其反射波聚焦；入射到凸曲面时，其反射波发散。,（1）、平面波入射到球面时。反射波可视为从焦点发出的球面波，其轴线上的声压为：,（2）平面波入射到柱面时，反射波可视为从焦轴发出的柱面波，在曲面轴线上距曲面顶点x处的反射波声压为：,（2）、平面波在曲界面上的折射,曲面为凹面，当C1C2时，透射波聚焦；当C1C2时，透射波发散。曲面为凸面，当C1C2时，透射波发散；当C1C2时，透射波聚焦。,平面波透过曲界面后也发生聚焦或发散，折射波的聚焦还是发散与曲面凹凸有关，还与界面两侧介质的声速有关。,平面波入射至柱面时，透射波可视为从焦轴发出的柱面波，轴线上x处的折射波声压公式为：,平面波入射至球面时，其折射波可视为从焦点发出的球面波，曲面轴线上距顶点x处的折射波声压为：,1、球面波在曲界面上的反射球面波入射到凹曲面时，其反射波聚焦；入射到凸曲面时，其反射波发散。,四、球面波在曲界面上的反射和折射,（1）球面波在球面上的反射波可视为从像点发出的球面波，轴线上距顶点x处的反射波声压为：,（2）球面波在柱面上的反射波，既不是单纯的球面波，也不是单纯的柱面波，而是近似两个不同的柱面波的迭加。轴线上x处的反射波声压为：,2、球面波在曲界面上的折射球面波透过曲界面后也发生聚焦或发散，折射波的聚焦还是发散与曲面凹凸有关，还与界面两侧介质的声速有关。曲面为凹面，当C1C2时，透射波聚焦；当C1C2时，透射波发散。曲面为凸面，当C1C2时，透射波发散；当C1C2时，透射波聚焦。,球面波入射到球面和柱面时，轴线上距顶点x处的折射波声压分别为：,超声波的衰减,一、衰减及产生原因衰减：超声波在介质中传播时随距离增加能量逐渐减弱的现象。产生原因：1、扩散衰减：超声波传播过程中，由于波束的扩散使超声波的能量随距离增加而逐渐减弱。平面波不扩散。柱面波声压与距离平方根成反比；球面波声压与距离成反比。,2、散射衰减：超声波在介质中传播时，遇到声阻抗不同的界面时产生散乱反射引起超声波的衰减，同时在示波屏上形成草状回波。,3、吸收衰减：超声波在介质中传播时，由于介质中质点间内磨擦（即粘滞性）和热传导引起超声波的衰减。,通常所说衰减指吸收和散射衰减，不包括扩散衰减。,介质的衰减程度与介质的晶粒尺寸、各向异性系数和超声波的频率有关。晶粒尺寸越大、各向异性越强、超声波频率越高，衰减越大。,波源附近由于波的干涉而出现的一系列声压极大和极小值的区域称为近场区。,近场区,近场区探伤定量是不利的，处于声压极小值处的较大缺陷回波可能较低，而处于声压极大值处的较小缺陷回波可能较高，这样就容易引起误判，甚至漏检，因此尽可能避免再近场区探伤定量。,（1）圆盘波源辐射的纵波声场的近场区有n+1个极大值和n个极小值。最后一个极大值至波源的距离称近场长。其近场区长度为：Ds点波源面积Fs-波源面积=Ds,（2）矩形波源辐射的纵波声场的近场区,远场区,波源轴线上至波源距离大于N的区域称远场区。远场区轴线上的声压随距离单调减小，当x3N时，声压与距离成反比，声波可视为球面波。,纵波发射声场,波束指向性与半扩散角（1）半扩散角：在远场区，在声束横截面上各点的声压是不同的。声束轴线上声压最高，偏离轴线声压逐渐降低。声束横截面上偏离轴线的第一个声压零值点与波源连线和中心轴线的夹角称半扩散角。对于圆形晶片发射的纵波声场，半扩散角：（2）波束指向性：以确定的扩散角向固定方向辐射超声波的特性称为波束指向性。半扩散角越小，指向性就越好。,纵波发射声场,3、波束未扩散区与扩散区,超声波源辐射的超声波是以特定角度向外扩散出去的。但不是从声源开始扩散，而是存在一个未扩散区b：b1.64N未扩散区内波束不扩散，不存在扩散衰减。离声源距离大于b的区域称为扩散区，声束存在扩散衰减。,探头晶片直径、声波波长（频率）与近场长度、波束指向性的关系：由：1、晶片直径大、波长短（频率高），近场长度大，半扩散角小，指向性好；2、晶片直径小、波长大（频率低），近场长度小，半扩散角大，指向性差。所以近场长的探头指向性好，近场短的探头指向性差。,实际声场与理想声场比较,纵波发射声场,远场区基本一致，近场区差别较大。实际声场在近场也存在极大极小值，但其极值点少且波动幅度小。,其原因是：1、理想声场是连续波，而实际声场是脉冲波。脉冲波持续时间短波源各点辐射的声波在声场中产生不完全干涉或不产生干涉。2、脉冲波可视为许多不同频率的正弦波、余弦波组成，每种频率决定一个声场，每个声场的极值点不同，互相迭加后总的声压趋于均匀。3、实际声场的声源是非均匀激发，产生的干涉要小于均匀激发的理想声源。4、理想声源是针对液体介质的，实际声源是固体介质。液体中某点的压强在各个方向上是相同的。而固体介质中各方向上的压强不同，因此迭加干涉要小于液体介质。,横波发射声场,假想横波波源目前常用的横波探头，是使纵波倾斜入射到界面上，通过波形转换来实现横波探伤。横波探头发射的声场是由第一介质中的纵波声场和第二介质中的横波声场两部分组成，两部分声场是折断的。,当实际波源为圆形时，其假想波源为椭圆形，其长轴等于实际波源直径DS，短轴为：,横波声场的结构,1、声束轴线上的声压（x3N),2、近场区长度,第二介质中的近场长度,半扩散角假想横波生源辐射的横波生束同纵波声场一样，具有良好的指向性，可在被检材料中定向辐射，只是声束的对称性与纵波声场有所不同。,横波发射声场,我国横波探头常采用K值（K=tg），来表示横波折射角的大小，常用K值为1.0，1.5，2.0,2.5等，为了便于计算近场区长度，特将K与cos/cos、tg/tg列于下表,规则反射体的回波声压,实际探伤中常用反射法。反射法是根据缺陷反射回波声压的高低来评价缺陷的大小。目前的探伤技术还难以确定缺陷的真实大小和形状，因此特引用当量法。当量法是指在同样的探测条件下，当自然缺陷回波与某人工规则反射体回波等高时，则该人工规则反射体的尺寸就是此自然缺陷的当量尺寸。自然缺陷尺寸往往大于当量尺寸。超声探伤中常用的规则反射体有平底孔，长横孔，短横孔，球孔和大平底面等。这里只介绍下平底孔和大平底面。,平底孔回波声压平底孔回波声压与面积成正比，与距离平方成反比。任意二平底孔的回波分贝差为：,平底孔直径一定，距离增加一倍，平底孔回波降低12dB；平底孔距离一定，孔径增加一倍，平底孔回波升高12dB.,大平底面回波声压,大平底面的回波声压与距离成反比。两个距离不同的大平底面的回波分贝差为：,大平底面距离增加一倍，回波降低6dB。,AVG曲线,通用AVG曲线AVG曲线是描述规则反射体的距离、波幅和当量大小之间关系的曲线。A、V、G是德文距离、增益和大小的字头缩写。英文缩写为DGS。AVG曲线可用于对缺陷定量和灵敏度调整。,通用AVG曲线由于采用了归一化距离和归一化缺陷当量大小，因此通用性好，适用于不同规格的探头。通用AVG曲线可以用来调整探伤灵敏度和对缺陷进行定量。,实用AVG曲线横座标表示实际声程，纵座标表示反射体相对波高的曲线。,实用AVG曲线的绘制：x3N,试块上实测，x3N理论计算：,由于实用AVG曲线是由特定探头实测和计算得到的，因此实用AVG曲线也只适用于特定探头。在使用AVG曲线中要注明探头的尺寸和频率。实用AVG曲线同样可用于调整探伤灵敏度和对缺陷定量，而且比通用AVG曲线方便。,超声波探伤仪,超声波探伤仪概述1、仪器的作用、产生高频电脉冲加于探头，激励探头发射超声波；、接收探头送回的电信号经处理以一定的方式显示出来。2、仪器的分类1）按超声波连续性分类：、脉冲波探伤仪：周期性发射不连续且频率不变的超声波，根据声波传播时间的幅度判断缺陷。、连续波探伤仪：发射连续且频率不变的超声波，根据透过工件的超声波强度变化判断缺陷。、调频波探伤仪：发射连续且频率周期性变化的超声波，根据发射波与反射波的差频变化判断缺陷。2）按显示方式分类：、A显示探伤仪：波形显示，横座标代表声波传播时间或距离，纵座标代表声波幅度。、B显示探伤仪：横座标代表探头移动轨迹，纵座标代表声波传播时间。显示工件纵截面图形。、C显示探伤仪：横座标和纵座标代表探头在工件表面的位置。显示工件内部缺陷的平面图像。,3）、按通道数分类：、单通道探伤仪：用一个或一对探头单独工作。、由多个或多对探头交替工作，用于自动化探伤。,二、A型脉冲反射式超声波探伤仪一般工作原理1、仪器电路组成由发射电路、接收电路、扫描电路、同步电路、显示电路、电源电路等组成。2、各部分电路的作用、同部电路（触发电路）：是整个探伤仪的中心，每秒产生数十至数千个脉冲，触发探伤仪发射电路、扫描电路等步调一致地工作。、扫描电路（时基电路）：产生锯齿波电压，加于示波管水平偏转板上，产生水平扫描线。、发射电路：利用闸流管或可控硅的开关特性，产生几百伏至上千伏的电脉冲，加于探头，激励压电晶片振动产生超声波。、接收电路：由衰减器、射频放大器、检波器、视频放大器组成。将来自探头的信号进行放大、检波、加至示波管垂直偏转板，在示波屏上显示出来。,、显示电路：显示电路由示波管和外围电路组成。显波管用来显示探伤波形。由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成。扫描电路的扫描电压和接收电路的信号电压分别加至水平偏转板的垂直偏转板，使电子束发生偏转。在荧光屏上描出探伤图形。、电源：电源的作用是给探伤仪各部分电路供电，使整机电路工作。,3、仪器的工作过程：同步电路产生的触发脉冲同时加至扫描电路和发射电路，扫描电路受触发开始工作，产生锯齿波扫描电压，加至示波管水平扫描线，使电子束发生水平偏转，在示波屏上产生水平扫描线。与此同时，发射电路受触发产生高频窄脉冲，加至探头，激励压电晶片振动，在工件中产生超声波，超声波在工件中传播，遇缺陷发生反射返回探头时，又被压电晶片转变为电信号，经接收放大电路放大检波，加至示波管垂直偏转板上，使电子束发生垂直偏转，在水平扫描线相应位置产生缺陷波和底波。,超声波测厚仪,一、共振式测厚仪1、原理：超声波在工件中传播，当工件厚度为/2的整数倍时，产生共振。此时工件厚度与波速、频率的关系为：测出两个相邻共振频率，便可计算出工件厚度。,调节谐调电容C，使通过电表A的电流达到最大值，此时发生共振；再次调节C，测出相邻的另一共振频率。计算工件厚度。共振式测厚精度较高，但不能直接显示，需要计算，且要求工件上下表面平整光滑。,二、脉冲反射式测厚仪（目前使用广泛）1、原理：测量超声波在工件上下表面之间往返一次传播的时间计算工件厚度：,2、仪器原理：超声波在工件上下表面之间往复反射探头接收后，经放大输入计算电路测出超声测在工件上下表面之间往返一次所需时间，再换算成工件厚度。测量往返时间有两种方法：a.始脉冲与一次底波之间的时间，由于盲区大，测量厚度下限受限制（1-1.5mm）线路简单，成本低。b.一次底波与二次底波之间的传播时间；盲区小，下限小可达0.25mm。但线路复杂，成本高。,三、兰姆波测厚仪当超声波频率、入射角和工件厚度成一定关系时，在薄板中发生兰姆波。改变入射角或频率，使工件中产生兰姆波，根据入射角或频率计算工件厚度。适用于薄板测厚，特别是小口径薄壁管测厚。但兰姆波测厚存在技术问题，很少使用。四、测厚仪的调整和使用1、调整校准下限和线性。a.下限：用厚度等于仪器下限的试块校准，使仪器显示下限值。b.线性：用不同厚度的试块分加紧校准，使仪器分别显示相应的试块厚度值。2、测厚方法：探头选择：薄工件-双晶探头；厚工件-单直探头。工件表面要求：光洁平整，必要时打磨。耦合剂：机油、甘油、水玻璃等。注意事项：探头放置平稳，压力适当。在互相垂直方向测二次。高温工件用高温探头和高温耦合剂。注意工件表面的沉积物。,超声波探头,一、压电效应1、压电效应：某些晶体材料在交变应力作用下，产生交变电场的效应正压电效应；反之，当晶体材料在交变电场作用下产生伸缩变形的效应称为逆压电效应。压电效应机理：压电晶体在正常情况下，各原子的电荷平衡，不显电性。受压缩或拉伸时，原子位置变化，使正负电荷中心不对称，从而在晶体表面产生游离电荷，形成电场。反之，在晶体表在加正负电荷，晶体就会产生伸缩变形。,2、压电晶体：具有压电效应的材料称为压电晶体。分为：单晶材料：SiO2、LiSO4、LiNbO3多晶材料（压电陶瓷）：BaTiO3、PbZrTiO3、PbTiO3,单晶材料：接收灵敏度高；多晶材料：发射灵敏度高。,超声探头对晶片性能的要求：机电耦合系数较大；机械品质因子较小；压电应变常数较大；压电电压常数较大；频率常数较大，介电常数较小；居里温度较高。声阻抗适当。,1、直探头（纵波探头）发射和接收纵波。探测与表面平行的缺陷。组成：a.压电晶片：用压电材料制成。发射和接收超声波。b.保护膜：硬保护膜用刚玉制成；软保护膜用塑料制成。用于保护压电晶片，防止晶片磨损或损坏。,探头的种类和结构,c.吸收块（阻尼块）：还原树脂加我钨粉制成。用于阻尼压电晶片的振动，吸收晶片背面的杂波和支承晶片。d.外壳：用金属或塑料制成。把各种元件组合在一起并保护之。e.电缆线：传送电信号。f.接头：连接探头电缆线。,2、斜探头：探测与表面倾斜的缺陷。a.横波斜探头（L）：通过波型转换在工件中产生横波。b.纵波斜探头（L=）：在工件中产生倾斜纵波。c.表面波斜探头（L）：在工件中产生表面波。结构：,与直探头不同之处是：斜楔：用有机玻璃制成，使声束倾斜发射以在工件中产生波型转换。其上开有吸声槽，周围填充吸声材料，以减少杂波。我国斜探头用K值标示，常用斜探头K值与折射角和入射角的关系如下表。,(有机玻璃/钢）,3、表面波探头在工件中产生表面波，探测表面或近表面缺陷。结构：与横波斜探头相同。只是其入射角大于或等于第二临界角。其入射角按下式计算：对于有机玻璃/钢来说：L67.70,4、双晶探头（分割式探头）双晶直探头、双晶斜探头，用于探测薄工件和近表面缺陷。结构：由两块压电晶片组成，一块发射超声波，一块接收超声波。晶片前加有有机玻璃延迟块。,5、聚集探头聚焦直探头由直探头和声透镜组成。利用声透镜使声束会聚到一点或一线。,除聚集直探头外，还的聚集斜探头：,双晶探头优点：a.近距离灵敏度高；b.工件中近场区长度小；c.盲区小，杂波小；d.探测范围可调。,6、可变角探头晶片可旋转连续改变入射角，实现纵波、横波、表面波和板波探伤。主要用与试验和选择合适的入射角。,7、高温探头用铌酸锂（12000C）、石英（5500C）和钛酸铅（4600C）等居里温度高的压电材料制作，用于高温工件如原子能反应堆部件探伤。外壳和阻尼块为不锈钢，电缆为高温同轴电缆，耦合剂封装在壳体与晶片之间。用于400-7000C高温探伤。,8、爬波探头爬波是表面下纵波。纵波入射角接近第一临界角时，产生沿工件表面下传播的纵波。爬波存在一系列波瓣，第一波瓣幅度最大值对应的max随（fD）增大而增大。爬波探头可探测表面粗糙的工件表面下缺陷，并可