gai超声检测-2单元

1、第二单元第二单元 超声检测设备和器材超声检测设备和器材 超声波探伤设备一般由超声波探伤仪、探头和试块组成。第二单元第二单元 超声检测设备和器材超声检测设备和器材试块是按一定用途设计制作的具有简单几何形状人工反射体的试件。主要用来确定检测灵敏度和判定缺陷大小等，分为标准试块和对比试块。第二单元第二单元 超声检测设备和器材超声检测设备和器材 按信超声号产生的机理分 1、主动式：由被检对象“主动”发出声信号，仅利用超声接受技术去检出“源”所发出的声信号，并分析处理显示确定声源的方位和性质，常用于在役检测。-声发射仪 2、被动式：利用超声换能器向被检测对象辐射超声信号，再由接收器检出被检测对象中的声场

2、特性，以评价被检对象的性质和质量。-超声检测仪模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器导入：超声检测仪器是超声检测的主体设备，了解这些设备的原理、构造和作用及其性能的测试方法是正确选择探伤设备进行有效检测的保证。课时：2学时。授课方式：新授（有条件的可借助实验器材进行现场授课）。重点：仪器基本原理、使用。难点：仪器基本原理。 返回目录返回目录模块一 超声检测仪器超声波探伤仪的作用：超声波探伤仪是超声波检测的主体设备，主要作用是产生高频振荡并加于换能器（探头）上，激励探头发射超声波，同时将探头接收到的反射波转换成电信号进行放大，通过一定方式显示出来，从而得到被检测工件内部有无缺陷及缺陷位置和相对大

3、小等信息。 返回目录返回目录模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器 一、超声探伤仪的分类 、按波形特征分类 （1）脉冲波超声波探伤仪 通过探头向工件周期性的发射不连续且频率不变的超声波，要据超声波的传播时间及幅度判断工件中的缺陷位置和大小，是目前使用最广泛的探伤仪。模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器 （2）连续波超声波探伤仪 这类仪器是连续的发射和接收频率和振幅都不变的超声信号，根据透过工件的超声波变化判断工件中有无缺陷及缺陷大小，这类仪器灵敏度低，且不能确定缺陷位置，因而已大多被脉冲波探伤仪所代替。模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器 （3）调频波超声波探伤仪 这类仪器通过探头向工件中

4、发射连续的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情况判断工件中有无缺陷。但只适合检查与探测面平行的缺陷，所以也大多被脉冲波探伤仪所代替。模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器 2、按反射体显示方式进行分类： （1）A型显示：探头将接收到的反射体的反射波信号以波形形式在显示屏上显示出来。显示屏的横坐标代表反射波的传播时间（或距离），纵坐标代表反射波的幅度。由反射波的位置可以确定缺陷位置，由反射波的幅度可估算缺陷当量尺寸大小。模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器 返回目录返回目录A型显示、型显示、B型显示型显示 图2-2 B型显示 图2-1 A型显示模块一 超声检测仪器（2）B型显

5、示：B型显示是一种图像显示.探头将接收到的反射波信号以不同辉度值在显示屏上显示出来,将探头的扫查轨迹和反射波的传播深度以直角坐标形式显示。显示屏的横坐标是代表探头的扫查轨迹,纵坐标代表反射波的传播深度。上界面的扫描线表示被检工件的上表面,下界面的扫描线表示被检工件的底面,两条扫描线之间的辉度值变化处表示被检工件中的缺陷,因而可直观地显示出被检工件任一纵横截面上缺陷的分布及缺陷的深度。 返回目录返回目录模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器 以屏幕面代表被检测对象由探头移动线和声束决定的截面，纵座标代表声波的传播时间，横座标代表探头的水平位置，它可以显示出缺陷在纵截面上的二维特征。模块一模块一

6、超声检测仪器超声检测仪器 (3)C型显示:探头接收信号幅度以光点辉度表示,因而当探头在工件表面移动时,显示屏上便显示出工件内部缺陷的平面图像,但不能显示缺陷的深度。 返回目录返回目录模块一 超声检测仪器 图2-3 C型显示C型显示型显示模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器 3、按声波通道分类 （1）单通道探伤仪：这种仪器由一个或一对探头单独工作，是目前超声波探伤中应用最广泛的仪器。模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器（2）多通道探伤仪：这种仪器由多个或多对探头交替工作，每一通道相当于一台单通道探伤仪，适用于自动化探伤。目前，探伤中目前，探伤中广泛使用的超广泛使用的超声波探伤仪都声波探伤仪都

7、是是A A型显示脉型显示脉冲反射式探冲反射式探伤仪。伤仪。 返回目录返回目录1 1、仪器主要电路组成、仪器主要电路组成: :图2-4 A型脉冲反射式超声波探伤仪电路方框图二、二、A A型脉冲反射式超声波探伤仪的一般工作原理型脉冲反射式超声波探伤仪的一般工作原理模块一 超声检测仪器2、仪器的工作流程、仪器的工作流程 A型脉冲反射式模拟超声波探伤仪的工作过程可参照上图，简要说明如下： 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，加至示波管水平偏转板，使电子束发生水平偏转，在荧光屏上产生一条水平扫描线。与此同时，发射电路触发产生调频窄脉冲，加至探头，

8、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，遇缺陷或底面发生反射，返回探头时，又被压电晶片转变为电信号，经接收电路放大和检波，加至示波管垂直偏转板上，使电子束发生垂直偏转，在水平扫描相应位置上产生缺陷波和底波。根据缺陷的位置可以确定缺陷的埋藏深度，根据缺陷波的幅度可以估算缺陷当量的大小。2、仪器的工作流程、仪器的工作流程 返回目录返回目录模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器3、仪器主要电路组成与作用、仪器主要电路组成与作用（1 1）、同步电路：、同步电路：同步电路又称触发电路，它每秒钟产生数十同步电路又称触发电路，它每秒钟产生数十至数千个脉冲，用来触发探伤仪扫描电路、至数千个脉

9、冲，用来触发探伤仪扫描电路、发射电路等，使之步调一致、有条不紊地工发射电路等，使之步调一致、有条不紊地工作。因此，同步电路是整个探伤仪的作。因此，同步电路是整个探伤仪的“中中枢枢”，同步电路出了故障，整个探伤仪便无，同步电路出了故障，整个探伤仪便无法工作。法工作。模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器 （2）、扫描电路：用来产生锯齿波电压，电压与时间成正比，加在示波管水平偏转板上，使示波管显示屏上的光点沿水平方向作等速移动，产生一条水平扫描时基线，探伤仪面板上的深度粗调、微调、扫描迟旋钮都是扫描电路的控制旋钮。模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器 (3) 发射电路：发射电路利用闸流管或可控硅

10、的开关特性，产生几百伏至上千伏 的电脉冲。电脉冲加于发射探头，激励压电晶片振动，使之发射超声波，可控硅 发射电路的典型电路。如图所示。模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器发射电路中的电阻发射电路中的电阻RoRo称为阻尼电阻，用发射强度称为阻尼电阻，用发射强度旋钮可改变旋钮可改变RoRo的阻值。阻值大发射强度高，阻值的阻值。阻值大发射强度高，阻值小发射强度低，因小发射强度低，因RoRo与探头并联，改变与探头并联，改变RoRo同时也同时也改变了探头电阻尼大小，即影响探头的分辨力。改变了探头电阻尼大小，即影响探头的分辨力。模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器 (4) 接收电路：接收电路由衰减器、

11、射频放大器、检波器和视频放大器等组成。 它将来自探头的电信号进行放大、检波，最后加至示波管的垂直偏转板上，并在荧光屏上显示。由于接收的电信号非常微弱，通常只有数百微伏到数伏，而示波管全调制所需电压要几百伏，所以接收电路必须具有约105的放大能力。模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器 接收电路的性能对探伤仪性能影响极大，它直接影响到探伤仪的垂直线性、动态范围、探伤灵敏度、分辨力等重要技术指标。 接收电路的方框图及其波形如图所示。模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器 由大小不等的缺陷所产生的回波信号电压大约有几百微伏到几伏，为了使变化范围如此大的缺陷回波在放大器内得到正常的放大，并能在示波管荧

12、光屏的有效观察范围内正常显示，可使用衰减器改变输入到某级放大器信号的电平。一般把放大器的电压放大倍数用分贝来表示：）（入出dBKVUUlg20模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器 (5) 显示电路：显示电路主要由示波管及外围电路组成。示波管用来显示探伤图形，示波管由电子枪、偏转系统和荧光屏等三部分组成。 返回目录返回目录模块一 超声检测仪器6、电源电路：给探伤仪各部分电路提供适当的电能，使整机电路工作。标准的电源电路一般用220伏的电压。电子枪发射的聚束电子以很高的速度轰击荧电子枪发射的聚束电子以很高的速度轰击荧光屏时，使荧光物质发光，在荧光屏上形成光屏时，使荧光物质发光，在荧光屏上形成亮点

13、。亮点。扫描电路的扫描电压和接收电路的信号电压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和垂直偏转板，使电子分别加至水平偏转板和垂直偏转板，使电子束发生偏转，因而亮点就在荧光屏上移动，束发生偏转，因而亮点就在荧光屏上移动，描出探伤图形。描出探伤图形。由于扫描速度非常快，肉眼看上去就好象是由于扫描速度非常快，肉眼看上去就好象是静止的图象。静止的图象。模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器 (6) 电源：电源的作用是给探伤仪各部分电路提供适当的电能，使整机电路工作。 模拟探伤仪一般用220伏或110伏交流市电，探伤仪内部有供各部分电路使用的变 压、整流及稳压电路。数字便携式探伤仪多用

14、蓄电池供电，用充电器给蓄电池充电。4.4.仪器主要开关旋钮的作用及其调整仪器主要开关旋钮的作用及其调整模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器 探伤仪面板上有许多开关和旋钮，用于调节探伤仪的功能和工作状态。图2-10是CTS22型探伤仪面板示意图，以这种仪器为例，说明各主要开关的作用及其调整方法。模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器1、工作方式选择旋钮 工作方式选择旋钮的作用是选择探测方式。即“双探”或“单探”方式。当开关置于“双探”时，为双探头一发一收工作状态，可用一个双晶探头或两个单探头探伤，发射探头和接收探头分别连接到发射插座和接收插座。当开关置于“

15、单探”时，为单探头发收工作状态，可用一个单探头探伤，此时发射插座和接收插座从内部连通，探头可插入任一插座。模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器2、发射强度旋钮 发射强度旋钮的作用是改变仪器的发射脉冲功率，从而改变仪器的发射强度。增大发射强度时，可提高仪器灵敏度，但脉冲变宽，分辨力变差。因此，在探伤灵敏度能满足要求的情况下，发射强度旋钮应尽量放在较低的位置。模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器3、增益旋钮（增益细调旋钮） 作用是改变接收放大器的放大倍数，进而连续改变探伤仪的灵敏度。4、衰减器 衰减器的作用是调节探伤灵敏度和测量回波振幅。调节灵敏发时，衰减读数大，灵敏度低；衰减读数小，灵敏度高

16、。测量回波振幅时，衰减读数大，回波幅度高；衰减读数小，回波幅度低。一般探伤仪的衰减器分粗调和细调两种，粗调每档10dB或20dB，细调每挡2dB或1dB，总衰减量80dB左右。模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器5、抑制旋钮 抑制荧光屏上幅度较低或认为不必要的杂乱反射波，使之不予显示，从而使荧光屏显示的波形清晰。在探伤中一般不使用抑制。 6、深度范围旋钮（深度粗调旋钮） 作用是粗调荧光屏扫描线所代表的探测范围。调节深度范围旋钮，可较大幅度地改变时间扫描线的扫描速度。从而使荧光屏上回波间距大幅度地压缩或扩展。模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器7、深度细凋旋钮 精确调整探测范围。调节细调旋钮

17、。可连续改变扫描线的扫描速度，从而使荧光屏上的回波间距在一定范围内连续变化。8、延迟旋钮（脉冲移位旋钮） 用于调节开始发射脉冲时刻与开始扫描时到之间的时间差。调节延迟旋钮可使扫描线上的回波位置大幅度左右移动，而不改变回波之间的距离。调节探测范围时，用延迟旋钮可进行零位校正，即用深度粗调和细调旋钮调节好回波间距后，再用延迟旋钮将反射波调至正确位置，使声程原点与水平刻度的零点重合。模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器9、聚焦旋钮 聚焦旋钮的作用是调节电子束的聚焦程度，使荧光屏波形清晰。10、频率选择旋钮 宽频带探伤仪的放大器频率范围宽，覆盖了整个探伤所需的频率范围，探伤仪面板上没有频率选择旋钮。

18、探伤频率由探头频率决定。窄频带探份仪没有频率选择开关，用以使发射电路与所用探头相匹配，并用以改变放大器的通带，使用时开关指示的频率范围应与所选用探头相一致。模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器11、水平旋钮 水平旋钮也称零位调节旋钮，调节水平旋钮，可使扫描线连扫描线上的回波一起左右移动一段距离，但不改变回波间距。调节探测范围时，用深度粗调和细调旋钮调好回波间距，用水平旋钮进行零位校正。12、重复频率旋钮 重复频率旋钮的作用是调节脉冲重复频率，即改变发射电路每秒钟发射脉冲的次数。模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器l3、垂直旋钮 垂直旋钮用于调节扫描线的垂直位置。调节垂直旋钮，可使扫描线上下

19、移动。14、辉度旋钮 辉度旋钮用于调节波形的亮度。模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器15、深度补偿开关 有些探伤仪设有深度补偿开关或“距离振幅校正”(DAC)旋钮，它们的作用是改变放大器的性能，使位于不藏深度的相同尺寸缺陷的回波高度差异减小。16、显示选择开关 显示选择开关用于选择“检波”或“不检波”显示。 主要控制旋钮及功能 时基线部分深度粗调旋钮（扫描范围旋钮）以大的区间调节时基线长度所代表的检测范围，以使需要检测的深度范围的反射波显示在屏幕上深度微调旋钮（声速旋钮 ）可连续精确地调节时基线代表的检测范围，使时基线刻度与声传播距离成所需的比例，以对缺陷准确定位延迟旋钮调节扫描线起始点，

20、将其延迟一段时间开始，配合深度细调，可将所需观察的波形展宽，以便更细致地观察，也可用于平移显示的波形，使反射波与时基线刻度对准名称功能5.模拟仪器的定位调节（扫描比例）模拟仪器的定位调节（扫描比例） 模拟仪器的缺陷定位主要是通过扫描比例的调节，从而在屏幕上观察缺陷回波相对屏幕的位置来确定。在模拟仪器的显波屏上横坐标轴上有着等分的十个大格，每一个大格内又有等分的十小格，通过调节深度和延迟旋钮当示波器内的电子枪的扫描速度调节到某一时刻，屏幕上的每一个小格都与实际距离相对应时，扫描比例调整完毕。如果屏幕上每一小格与实际深度距离相对应，则称之为深度比例，如与水平距离相对应，则称之为水平比例。当每一小格

21、与实际距离一毫米相对应，则称之为比例1:1，每一小格与2毫米对应，称为1:2，每两小格与实际距离一毫米对应称为2:1，以此类推。 在探伤过程中，发现了缺陷回波，只需要从仪器上数出缺陷波对应屏幕上的格数再根据扫描比例进行计算即可得到。模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器 三、数字式超声探伤仪三、数字式超声探伤仪 （1）数字式超声探伤仪一般工作原理 数字式超声波探伤仪的发射、接收电路的参数控制和接收信号的处理、显示均采用数字化方式进行。同时增加了数字化带来的数据测量、显示、存储与输出功能。 （2）数字式超声探伤仪电路框图模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器 图2-5 数字式探伤仪的电路框图三、

22、数字式超声探伤仪三、数字式超声探伤仪模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器基本组成： （1）发射电路：相同。 （2）接收放大电路：衰减器和高频放大器相同；数字探伤仪的电信号经放大后，由模/数转换器将其变为数字信号，由微处理器进行处理后，在显示屏上显示出来。 （3）发射电路和模/数转换器的同步控制不需要同步电路，由微处理器通过程序来协调各部分工作。1、数字式超声探伤仪与模拟式超声探伤仪的异同、数字式超声探伤仪与模拟式超声探伤仪的异同模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器 2、仪器的功能： （1）数字式包括模拟式的全部功能。 （2）数字式可使控制参数存储，可以自动按存储的参数重新对仪器进行调整，重

23、复再现性好。 （3）数字式具有波形的记录与存储、波形参数的自动计算与显示、距离波幅曲线的自动生成、时基线比例的自动调整以及频谱分析等附加功能。模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器 3、仪器的性能： （1）发射电路和接收电路相同。其灵敏度、分辨力、放大线性相同。 （2）信号处理与显示：模拟式仪器由单行扫描线经幅度调节显示波形，数字化仪器由微处理器通过程序来控制显示器实现逐行逐点扫描。模/数转换器后的数据，经计算处理以后送到显示器显示，能否实时的把超声信用卡号全部显示出来，与显示器的响应速度以及数据处理速度有关。显示器的刷新频率应与超声脉冲重复频率一致，才能保证所在信号得到显示，否则，也可能造成

24、漏检。模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器 4、数字化探伤仪的主要性能参数 （1）重复频率：同步脉冲的频率，是每秒种内同步电路指挥发射电路、扫描电路等部分协调工作的次数。 单位时间内仪器完成超声波检测的有效次数。每次超声波信号在产生的同时完成了和闸门电平的比较，输出报警。然后再进行下一次脉冲检测。因此，脉冲重复频率受数据处理时间的制约。 （2）分辨力：表示仪器和探头组合后能够分两个相邻不连续缺陷的能力。数字式探伤仪的波形显示是波形在水平方向分量有限个点的集合。模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器 （3）水平线性：仪器显示屏上时基线显示的水平刻度值与实际声程之间成正比的程度。即扫描速度的均匀

25、性。仪器水平线性的好坏直接影响缺陷的定位精度。 （4）垂直线性：仪器显示屏上的波幅与探头接收的信号之间成正比的程度。数字化探伤仪采用集成化的数字控制放大器，线性误差可控制到很小。 （5）采样频率：数字化采样频率要高于信号频率或带宽的两倍。模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器5、数字式超声探伤仪的功能特点、数字式超声探伤仪的功能特点 （1）读数准确、直观。 （2）波形显示清晰。 （3）数字化检测参数计算快。 （4）距离波幅曲线的三线相对衍生。 （5）闸门内波形参数的自动捕获 （6）波形记录、检测数据的存储、便于建立数据库。 （7）检测参数的自动生成。 （8）排除电磁干扰和数据后期处理模块一模块

26、一 超声检测仪器超声检测仪器 6、数字智能化超声探伤仪的发展前景 随着电子技术和软件技术的进一步发展，数字式超声波探伤仪有着广阔的发展前景。相信不久的将来，更加先进的新一代数字智能化超声探伤仪将逐步取代传统的模拟探伤仪，以图像显示为主的探伤仪将会在工业检验中得到广泛应用。 （1）成像技术的应用 模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器 目前某些数字或智能仪器已具有简单手动B扫描功能，能示意性地显示被检工件的断面图像。随着技术的进步，将会有实用化带有探头位置信息输入的B扫描和C扫描功能，甚至可在便携式仪器上实现相控阵的B扫描和C扫描成像，使探伤结果像医用B超一样直观可见。 （2）缺陷定性模块一模块

27、一 超声检测仪器超声检测仪器模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器 超声探伤缺陷定性历来是一个疑难问题，至今仍主要依赖于探伤人员的经验和分析判断，准确性差。 现代人工智能学科的发展为实现仪器自动缺陷定性提供了可能。运用模式识别技术和专家系统，把大量已知缺陷的各种特征量输入样品库，使仪器接受人的经验，并经过学习后而具备自动缺陷定性的能力。 模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器 四、仪器的维护 使用、维护、修理（1）严格按说明书要求进行操作。 （2）防止仪器摔碰和振动。 （3）注意使用的场合。 （4）防止液体物质进入仪器内部。 （5）正确接电源。模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器 （6）轻调

28、旋钮。 （7）用毕后清理。 （8）正确拔接电源。 （9）长期不用时，进行驱除潮气处理。 （10）仪器出现故障时，立即关电源进行检修。模块一模块一 超声检测仪器超声检测仪器小结本模块主要讲授了超声检测仪器的类型和基本原理，以本模块主要讲授了超声检测仪器的类型和基本原理，以及超声检测仪器的发展与维护。及超声检测仪器的发展与维护。模拟式超声检测仪器在原理上主要包括同步电路、扫描模拟式超声检测仪器在原理上主要包括同步电路、扫描电路、发射电路、接收电路和显示电路等，围绕波形显示机电路、发射电路、接收电路和显示电路等，围绕波形显示机理来理解上述电路是本模块的重点。理来理解上述电路是本模块的重点。课外作业：

29、什么是超声检测仪器的水平线性和垂直线性？它对超声什么是超声检测仪器的水平线性和垂直线性？它对超声检测有何影响？检测有何影响？导入：探头是能实现电能和超声波能相互转换的传感器。本模块主要介绍探头的种类及其性能指标等。课时：2学时。授课方式：新授（有条件的可借助实物探头讲解，增加学生的认识）。重点：直探头和斜探头的结构、探头的性能指标。难点：探头性能指标。 返回目录返回目录模块二模块二 探头探头模块二模块二 探头探头教学目的：了解超声波探头发射和接受超声波机理，掌握超声波探头种类和结构特点。主要内容 1、压电效应与压电材料 2、探头的结构及各部分的作用 3、探头的主要种类 4、探头的型号标识方法

30、5、探头的电缆线模块二模块二 探头探头 超声波探头又称压电超声换能器，是实现电-声能量相互转换的能量转换器件。 一、超声波探头功用电信号电信号超声波超声波探头探头探头功用：探头功用：是一种可逆的声电转换元件。在是一种可逆的声电转换元件。在探伤中起发射和接收高频脉冲弹性波作用。探伤中起发射和接收高频脉冲弹性波作用。模块二模块二 探头探头 二、压电效应与压电材料二、压电效应与压电材料 1、压电效应产生的机理、压电效应产生的机理压电效应法压电效应法a、正压电效应、正压电效应b、逆压电效应、逆压电效应振动振动压压电电晶晶体体拉拉模块二模块二 探头探头正压电效应：正压电效应：某些晶体材料在交变拉应力或压

31、应某些晶体材料在交变拉应力或压应力作用下，产生交变电场的效应称为压电效应。力作用下，产生交变电场的效应称为压电效应。逆压电效应：逆压电效应：当晶体材料在交变电场作用下，产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。生伸缩变形的效应称为逆压电效应。压电效压电效应机理应机理 应力应力电场电场正压电效应正压电效应逆压电效应逆压电效应正压电效和逆压电效应统称压电效应正压电效和逆压电效应统称压电效应。模块二模块二 探头探头 2、压电材料：、压电材料：能够产生压电效应的材料称为压电材料。能够产生压电效应的材料称为压电材料。（1）压电单晶体体：单晶体是各向异性的，单晶体的正压电效应强，）压

32、电单晶体体：单晶体是各向异性的，单晶体的正压电效应强，接收灵敏度高。常用单晶体材料有石英、硫酸锂、铌酸锂等。接收灵敏度高。常用单晶体材料有石英、硫酸锂、铌酸锂等。（2）压电多晶体：各向同性的，多晶体的逆压电效应强，发射灵敏）压电多晶体：各向同性的，多晶体的逆压电效应强，发射灵敏度高。常用的多晶体材料有钛酸钡、锆钛酸铅、钛酸铅等。度高。常用的多晶体材料有钛酸钡、锆钛酸铅、钛酸铅等。例如：例如：石英石英又称又称SiOSiO2 2 ，它是一种，它是一种单晶三角晶体。单晶三角晶体。具 有具 有 3 3 个 极 化 轴个 极 化 轴（X X1 1，X X2 2，X X3 3）和）和1 1个光轴个光轴 。

33、 模块二模块二 探头探头 X切割晶片：切割晶片：垂直于垂直于x轴切割晶片，使晶片轴切割晶片，使晶片法线平行于法线平行于x1、x2、x3中的任一轴时，在晶中的任一轴时，在晶片两面施加电压可产生垂直于晶片的振动，片两面施加电压可产生垂直于晶片的振动，形成纵波。形成纵波。 Y切割晶片：切割晶片：使晶片法线平行于使晶片法线平行于y轴进行切轴进行切割时，在晶片两面施加电压可产生平行于割时，在晶片两面施加电压可产生平行于晶片的振动，因此具有横向电压性，可制晶片的振动，因此具有横向电压性，可制作声束垂直于工件表面入射的接触式横波作声束垂直于工件表面入射的接触式横波探头。探头。模块二模块二 探头探头 三、压电

34、材料的主要性能参数三、压电材料的主要性能参数 （1 1）压电应变常数（）压电应变常数（d d3333） 表示在压电晶体上施加单位电压时所产生的应表示在压电晶体上施加单位电压时所产生的应变大小。变大小。d d3333值大，发射性能好值大，发射性能好。 （2 2）压电电压常数（）压电电压常数（g g3333） 表示作用在压电晶体上单位应力所产生的电压表示作用在压电晶体上单位应力所产生的电压梯度大小。梯度大小。g g3333值大，接收性能好。值大，接收性能好。Utd33PUgP33模块二模块二 探头探头 （3 3）介电常数（）介电常数（） 反映介质的介电性能，介电常数愈大，电容也就愈大，即反映介质的

35、介电性能，介电常数愈大，电容也就愈大，即电容所储电量就愈多。超声波探伤时，频率要求高，应取电容所储电量就愈多。超声波探伤时，频率要求高，应取较小的介电常数，电容器充放电时间短。较小的介电常数，电容器充放电时间短。 （4 4）机电耦合系数（）机电耦合系数（K K） 表示压电材料机械能与电能之间的转换效率。表示压电材料机械能与电能之间的转换效率。K K值大，则值大，则转换效率高。转换效率高。AtC输入的能量转换的能量K模块二模块二 探头探头 5、机械品质因子、机械品质因子Qm 压电晶片在谐振时贮存的机械能压电晶片在谐振时贮存的机械能E贮贮与在一与在一个周期内损耗的能量个周期内损耗的能量E损损之比称

36、为机械品质之比称为机械品质因子。因子。 Qm值大，表示损耗小，晶片持续振动时间值大，表示损耗小，晶片持续振动时间长，脉冲宽度大，分辨率低。长，脉冲宽度大，分辨率低。 Qm值小，表示损耗大，脉冲宽度小，分辨值小，表示损耗大，脉冲宽度小，分辨率就高。率就高。模块二模块二 探头探头 6、频率常数、频率常数Nt 压电晶片在高频电脉冲激励下产生共压电晶片在高频电脉冲激励下产生共振的条件是振的条件是 故厚度与固有频率的乘积是一个常故厚度与固有频率的乘积是一个常数数频率常数。频率常数。 当当t一定，一定， Nt大的晶片材料固有频率高大的晶片材料固有频率高 当晶片材料一定时，频率越高，厚度当晶片材料一定时，频

37、率越高，厚度越小。越小。22200LtLLctfNfct模块二模块二 探头探头 7、居里温度、居里温度TC 使压电材料的压电效应消失的温度称为压电材料的使压电材料的压电效应消失的温度称为压电材料的居里温度。居里温度。 超声波探头对晶片的要求：超声波探头对晶片的要求： 1）K较大，可获得较高的转换效率；较大，可获得较高的转换效率； 2）Qm较小可获得较高的分辨率和较小的盲区；较小可获得较高的分辨率和较小的盲区； 3）d33、g33较大，可获较高的发射和接受灵敏度较大，可获较高的发射和接受灵敏度 4） Nt较大，较大，较小，可获得较高的频率；较小，可获得较高的频率； 5） TC较高，声阻抗较高，声

38、阻抗Z适当。适当。模块二模块二 探头探头 四、探头的种类和结构四、探头的种类和结构1 1、探头组成：、探头组成：压电晶片、阻尼块、外壳、压电晶片、阻尼块、外壳、电极、保护膜（斜锲）、调电极、保护膜（斜锲）、调谐线圈谐线圈压电晶压电晶片：片：实现声电相互转换；实现声电相互转换；阻尼块：阻尼块：吸收声能加大阻尼；吸收声能加大阻尼；外壳：外壳：保护固定内部原件；保护固定内部原件；电极：电极：实现晶片和电缆连接；实现晶片和电缆连接；保护膜、斜锲：保护膜、斜锲：保护晶片、波形转换；保护晶片、波形转换；调谐线圈：调谐线圈：实现探头与仪器最佳匹配。实现探头与仪器最佳匹配。模块二模块二 探头探头 2、探头的结

39、构及各部分的作用、探头的结构及各部分的作用 主要结构有：主要结构有：压电晶片，保护膜（直探压电晶片，保护膜（直探头），吸收块，透声斜锲（斜探头），电头），吸收块，透声斜锲（斜探头），电缆线，外壳等缆线，外壳等 其作用分别为：其作用分别为： 压电晶片：压电晶片：发射和接收超声波，实现电发射和接收超声波，实现电声能互换；声能互换； 模块二模块二 探头探头 保护膜（直探头）：保护膜（直探头）：保护压电晶片不致磨保护压电晶片不致磨损或损坏；损或损坏； 吸收块：吸收块：紧贴压电晶片，对压电晶片的振紧贴压电晶片，对压电晶片的振动起阻尼作用，又叫阻尼块，使振动尽快动起阻尼作用，又叫阻尼块，使振动尽快停下来，

40、从而使脉冲宽度变小，分辨力提停下来，从而使脉冲宽度变小，分辨力提高；还可吸收晶片背面的杂波，提高信噪高；还可吸收晶片背面的杂波，提高信噪比；支撑晶片；比；支撑晶片； 透声斜锲（斜探头）：透声斜锲（斜探头）：实现波型转换。实现波型转换。模块二模块二 探头探头直探头直探头单晶片单晶片, ,双晶片双晶片, ,聚焦直探头聚焦直探头斜探头斜探头横波探头横波探头, ,表面波探头表面波探头可变角探头可变角探头其它探头其它探头充水探头充水探头, ,涡流超声探头涡流超声探头, ,薄薄膜探头膜探头探探头头种种类类3、探头种类、探头种类模块二模块二 探头探头 （1 1）直探头：）直探头：直探头用于发射和接收纵波。主

41、要用于检直探头用于发射和接收纵波。主要用于检测与检测面平行的缺陷，如板材、锻件的检测。测与检测面平行的缺陷，如板材、锻件的检测。 （2 2）斜探头：）斜探头：分为横波斜探头、纵波斜探头、表面波斜分为横波斜探头、纵波斜探头、表面波斜探头、板波斜探头、可变角探头。探头、板波斜探头、可变角探头。 1 1）横波斜探头：）横波斜探头：入射角在第一临界角与第二临界角入射角在第一临界角与第二临界角之间且折射波为纯横波的探头。主要用于检测与检测面之间且折射波为纯横波的探头。主要用于检测与检测面垂直或成一定角度的缺陷。如焊缝、管材、锻件的检测。垂直或成一定角度的缺陷。如焊缝、管材、锻件的检测。 2 2）表面波斜

42、探头：）表面波斜探头：入射角需在产生表面波的临界角入射角需在产生表面波的临界角附近，通常比第二临界角略大。主要用于检测表面或近附近，通常比第二临界角略大。主要用于检测表面或近表面缺陷。表面缺陷。 探头的主要种类模块二模块二 探头探头1.1.纵波双晶直探头纵波双晶直探头双晶探头有二个晶片，一个是发射双晶探头有二个晶片，一个是发射晶片，一个是接收晶片，发射晶片晶片，一个是接收晶片，发射晶片用于发射超声波，接收晶片用于接用于发射超声波，接收晶片用于接收超声波。双晶探头相向倾斜，形收超声波。双晶探头相向倾斜，形成一个菱形声束会聚区，只有在菱成一个菱形声束会聚区，只有在菱形区内与检测面平行的缺陷，其反形

43、区内与检测面平行的缺陷，其反射波才能被探头接收。当入射角增射波才能被探头接收。当入射角增大时，菱形区向表面移动，深度范大时，菱形区向表面移动，深度范围减小。双晶纵波直探头上标有工围减小。双晶纵波直探头上标有工作频率、晶片尺寸和声束会聚区的作频率、晶片尺寸和声束会聚区的范围。范围。2.2.横波双晶斜探头横波双晶斜探头双晶横波斜探头上标有工作频率、双晶横波斜探头上标有工作频率、晶片尺寸和探测深度。晶片尺寸和探测深度。图2-6 双晶探头结构模块二模块二 探头探头 聚焦探头聚焦探头 图2-7 水浸式聚焦探头 结构 模块二模块二 探头探头 聚焦探头聚焦探头 图2-8 其它聚焦探头 模块二模块二 探头探头

44、 （1）探头型号的组成项目）探头型号的组成项目工作频率晶片材料晶片尺寸探头种类特征用阿拉伯数字表示，单位为MHz用化学元素缩写符号表示用阿拉伯数字表示，单位为mm用汉语拼音缩写字母表示用阿拉伯数字表示。4 4、探头的型号标识方法、探头的型号标识方法2.5 B 20 Z直探头钛酸钡陶瓷频率2.5MHz5 P 66 K 3K值为3K值斜探头矩形晶片66 mm锆钛酸铅陶瓷频率5MHz例：圆晶片直径20mm模块二模块二 探头探头5 5、探头的电缆线、探头的电缆线 探头与探伤仪间的连接需采用高频同轴电缆，这种电缆可消探头与探伤仪间的连接需采用高频同轴电缆，这种电缆可消除外来电波对探头的激励脉冲及反射波脉

45、冲的影响，并防止除外来电波对探头的激励脉冲及反射波脉冲的影响，并防止这种高频脉冲以电波形式向外辐射。这种高频脉冲以电波形式向外辐射。注：对于石英、硫酸锂等介电常数很低的压电晶片制成的探头，电缆的长度、种类的变化会引起探头与探伤仪间阻抗匹配情况的较大改变，从而影响检测灵敏度。 图2-9 同 轴电缆截面模块二模块二 探头探头小结小结 探头的种类很多有直探头、斜探头、双晶探头、聚焦探头等，其中以直探头、斜探头、双晶探头最为常见。探头通过其中的晶片具有的压电效应实现声能和电能之间的转换，晶片性能的好坏直接影响到超声检测的准确性。 课外作业：课外作业： 教材P84.三、4。模块三 试块 导入：导入：试块

46、是按照一定用途设计制作的具有简单试块是按照一定用途设计制作的具有简单几何形状人工反射体的式样。它可以用来确定检几何形状人工反射体的式样。它可以用来确定检测灵敏度、评判缺陷大小等，是超声检测非常重测灵敏度、评判缺陷大小等，是超声检测非常重要的器材。要的器材。 课时：课时：2学时。学时。 授课方式：授课方式：新授（有条件的可借助实验器材）。新授（有条件的可借助实验器材）。 重点：重点：主要试块基本尺寸、使用方法。主要试块基本尺寸、使用方法。 难点：难点：CSK-IA试块。试块。模块三 试块人工反射体的式样人工反射体的式样模块三 试块 一、试块的作用：一、试块的作用： （1）确定检测灵敏度：检测前用

47、试块上某一特定的人工）确定检测灵敏度：检测前用试块上某一特定的人工反射体来调整检测范围和校验检测灵敏度。反射体来调整检测范围和校验检测灵敏度。 （2）测验试仪器和探头的性能。）测验试仪器和探头的性能。 （3）调整扫描速度：利用试块调整仪器屏上刻度值与实）调整扫描速度：利用试块调整仪器屏上刻度值与实际声程之间的比例关系。际声程之间的比例关系。 （4）评判缺陷的当量大小：利用试块绘制距离）评判缺陷的当量大小：利用试块绘制距离-波幅波幅-当当量曲线，即量曲线，即AVG曲线来对缺陷定量。曲线来对缺陷定量。 （5）利用试块测量材料的声速、衰减性能等。）利用试块测量材料的声速、衰减性能等。模块三 试块二、

48、试块的分类二、试块的分类按试块来历：按试块来历：1）标准试块：如）标准试块：如IIW试块和试块和IIW2试块试块2）参考试块：如）参考试块：如CS-1试块、试块、CSK-IA试块等试块等2、按试块上人工反射体：、按试块上人工反射体：1）平底孔试块：如）平底孔试块：如CS-I、CS-2试块试块2）横孔试块：如）横孔试块：如 CSK-IA和和CSK-A3）槽形试块：如无缝钢管探伤中所用的试块，）槽形试块：如无缝钢管探伤中所用的试块，内、外圆表面就加工有三角尖槽。内、外圆表面就加工有三角尖槽。模块三 试块1、标准试块、标准试块标准试块是由权威机构制的试块，试块的材质、形状、尺寸标准试块是由权威机构制

49、的试块，试块的材质、形状、尺寸及表面状态都由权威机构统一规定。及表面状态都由权威机构统一规定。（1）基本要求：）基本要求： 1）材料的要求：）材料的要求：采用与被检工件声学性能相同或相近的采用与被检工件声学性能相同或相近的材料制成，制作时应确认材质均匀，无杂质，无影响使用材料制成，制作时应确认材质均匀，无杂质，无影响使用的缺陷。的缺陷。 2）表面粗糙度的要求：）表面粗糙度的要求：一般应优于一般应优于Ra1.6m。 3）形状与尺寸的要求：形状与尺寸的要求：外形加工的平行度、垂直度与尺外形加工的平行度、垂直度与尺寸精度都应经过严格检验并符合图样要求。寸精度都应经过严格检验并符合图样要求。模块三 试

50、块国际标准试块国际标准试块模块三 试块 1、W试块（荷兰试块）试块（荷兰试块） （1）利用试块厚）利用试块厚25mm可可测定探伤仪的垂直线性、测定探伤仪的垂直线性、水平线性及调整纵波探测水平线性及调整纵波探测范围。范围。 （2）利用）利用50圆弧和圆弧和1.5通孔测定斜探头折射角及通孔测定斜探头折射角及纵波直探头的灵敏度余量，纵波直探头的灵敏度余量，还可粗略估计直探头的盲还可粗略估计直探头的盲区大小及测定仪器与探头区大小及测定仪器与探头组合后的穿透能力。组合后的穿透能力。图2-10 W试块模块三 试块 （3）利用）利用R100圆弧面测圆弧面测定斜探头入射点和盲区，定斜探头入射点和盲区，并可校正

51、时间轴比例和零并可校正时间轴比例和零点。点。 （4）利用测距）利用测距85mm、91mm和和100mm三个槽三个槽口平面可测定直探头的纵口平面可测定直探头的纵向分辨力。向分辨力。 （5）利用试块的直角棱）利用试块的直角棱边测定斜探头声束偏斜角。边测定斜探头声束偏斜角。图2-10 W试块模块三 试块2、IIW2试块试块1）尺寸：如图）尺寸：如图2-282）主要用途：）主要用途：（1）用）用R50mm圆弧反射面测定圆弧反射面测定斜探头的入射点和灵敏度余量；斜探头的入射点和灵敏度余量；（2）用）用5通孔的反射面测定斜通孔的反射面测定斜探头的折射角；探头的折射角；（3）用厚度）用厚度12.5mm的底面

52、多次的底面多次纵波反射，可测仪器的水平线纵波反射，可测仪器的水平线性、垂直线性和动态范围性、垂直线性和动态范围（4）用）用R50和和R25两个圆弧面，两个圆弧面，校正时间轴和零点。校正时间轴和零点。模块三 试块 3、CSCS系列试块系列试块 1）用平底孔和大平底测纵波平底孔距离）用平底孔和大平底测纵波平底孔距离-波幅波幅-当量曲线，即实用当量曲线，即实用AVG曲线；曲线； 2）用试块各平底孔对缺陷定量，）用试块各平底孔对缺陷定量，3N以内；以内； 3）测仪器的水平、垂直线性和动态范围；）测仪器的水平、垂直线性和动态范围； 4）用大平底或平底孔调整检测灵敏度；）用大平底或平底孔调整检测灵敏度；

53、5）用）用2200试块测仪器、探头低灵敏度试块测仪器、探头低灵敏度余量。余量。模块三 试块模块三 试块 4、CSK-1A试块作用：试块作用： 校验超声探伤仪的水平校验超声探伤仪的水平线性、垂直线性和动态范线性、垂直线性和动态范围；围； 调节时基线比例和探测调节时基线比例和探测范围；范围； 测定直探头与超声探伤测定直探头与超声探伤仪的组合远场分辨力；仪的组合远场分辨力； 测定直探头与超声探伤测定直探头与超声探伤仪的组合的最大穿透能力；仪的组合的最大穿透能力；焊接接头用标准试块焊接接头用标准试块 图 2-11 CSK-1A试块模块三 试块 测定直探头与超声探伤测定直探头与超声探伤仪组合的盲区；仪组

54、合的盲区； 测定斜探头的入射点；测定斜探头的入射点； 测定斜面探头的折射角测定斜面探头的折射角或值；或值； 用于粗调横波时基线比用于粗调横波时基线比例；例； 测定斜探头在深度方向测定斜探头在深度方向的分辨力的分辨力 图 2-11 CSK-1A试块模块三 试块 W2试块的主要用途如下：试块的主要用途如下： （1）利用半径为）利用半径为R50mm的圆的圆弧反射面测定斜探头的入射点弧反射面测定斜探头的入射点和灵敏度余量；和灵敏度余量； （2）利用）利用5通孔的反射面，通孔的反射面，可以测定斜探头的折射角；可以测定斜探头的折射角； （3）利用厚度为）利用厚度为12.5mm的底的底面多次纵波反射，可以测

55、定探面多次纵波反射，可以测定探伤仪的水平线性和垂直线性；伤仪的水平线性和垂直线性； （4）利用）利用R50和和R25两个圆弧两个圆弧面，校正时间轴和零点。面，校正时间轴和零点。图2-12 W2试块模块三 试块 CS-1和和CS-2试块主要用途如下：试块主要用途如下： （1）利用各试块的平底孔和大）利用各试块的平底孔和大平底测试纵波平底孔距离平底测试纵波平底孔距离-波幅波幅-当量曲线，即实用当量曲线，即实用AVG曲线；曲线； （2）对缺陷定量：利用试块上）对缺陷定量：利用试块上各平底孔多用于各平底孔多用于3N以内缺陷的以内缺陷的定量；定量； （3）测仪器的水平、垂直线性）测仪器的水平、垂直线性和

56、动态范围；用大平底或平底孔和动态范围；用大平底或平底孔测；测； （4）调整探伤灵敏度：利用大）调整探伤灵敏度：利用大平底或平底孔调；平底或平底孔调； （5）测定仪器和探头的灵敏度）测定仪器和探头的灵敏度余量：利用余量：利用2200试块来测试。试块来测试。a） b)图2-13 CS-1与CS-2试块a)CS-1试块 b) CS-2试块模块三 试块 五、常用对比试块五、常用对比试块 1、CSK-A、CSK-A 横波检测时校验各种参数的横波检测时校验各种参数的参考试块。参考试块。 1）用端角或小孔测试仪器）用端角或小孔测试仪器的水平线、调整扫描速度、的水平线、调整扫描速度、校正斜探头的入射点和折射校

57、正斜探头的入射点和折射角；角；图2-10 CSK-A 试块模块三 试块图图2-14 CSK-AA试块试块2 2）用不同深度的横）用不同深度的横孔校验仪器的放大线孔校验仪器的放大线性、探头的声速指向性、探头的声速指向性；性；3 3）用于测绘距离）用于测绘距离- -波波幅曲线、调整探伤范幅曲线、调整探伤范围和探伤灵敏度围和探伤灵敏度模块三 试块 2、半圆试块主要用途：、半圆试块主要用途： （1）利用圆弧反射面可）利用圆弧反射面可测定斜探头入射点，方法测定斜探头入射点，方法与在与在W试块上用试块上用R100圆圆弧测定时相同；弧测定时相同； （2）调节时间轴比例和）调节时间轴比例和校正零位。半圆试块的

58、最校正零位。半圆试块的最大特点是可以根据不同的大特点是可以根据不同的探测条件、不同探头折射探测条件、不同探头折射角自行设计试块半径，使角自行设计试块半径，使得实际需要的时间轴比例得实际需要的时间轴比例方式多样、调节方便。方式多样、调节方便。图图2-15 半圆试块半圆试块模块三 试块（3）利用试块上距）利用试块上距探测面一定深度的探测面一定深度的横通孔，可调节探横通孔，可调节探测灵敏度，即将测灵敏度，即将2横通孔调到基横通孔调到基准高，再提高一定准高，再提高一定的增益量时，仪器的增益量时，仪器和探头所具有的灵和探头所具有的灵敏度作为探测灵敏敏度作为探测灵敏度。度。图2-15 半圆试块模块三 试块

59、 3、RB试块试块 RB试块是钢焊缝试块是钢焊缝手工超声波探伤方手工超声波探伤方法和探伤结果分级法和探伤结果分级标准规定的试块。标准规定的试块。图2-17 RB-2试块图2-16 RB-1试块模块三 试块图2-18 RB-3试块RB1试块主要用于厚度为试块主要用于厚度为825mm的钢板焊缝检测；的钢板焊缝检测；RB2试块主要用于厚度为试块主要用于厚度为8100mm的钢板焊缝检测；的钢板焊缝检测；RB3试块主要用于厚度为试块主要用于厚度为8150mm的钢板焊缝检测。的钢板焊缝检测。模块三 试块 小结小结 试块分为标准试块和对比试块，它们的制作、试块分为标准试块和对比试块，它们的制作、使用、维护都

60、有严格的要求。常用的标准试块有使用、维护都有严格的要求。常用的标准试块有IIW试块、试块、IIW2试块、试块、CS-I和和CS-II试块、试块、CSK-IA试块等。常用的对比试块有半圆试块、试块等。常用的对比试块有半圆试块、CSK-IIA、CSK-IIIA试块、试块、RB试块等。试块等。 课外作业：课外作业： 教材教材P85.三、三、8。模块四模块四 仪器和探头的性能及其测试仪器和探头的性能及其测试导入：导入：超声检测仪器、探头和试块构成了整个超声超声检测仪器、探头和试块构成了整个超声检测系统，该系统的性能如何将直接超声检测结检测系统，该系统的性能如何将直接超声检测结果的准确性。果的准确性。课