超声波仪器探头性能指标及其测试方法

1、超声波仪器、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46dB26 dB26 dB60 dB3.6m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40dB26 dB斜探头60dB18 dB4%小角度探 头50dB16 dB75dB、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、20 直探头和 C8- 1-5 或 DB-PZ20-

2、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 So。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 200mn 处的 i2 平底孔，如图 17 所示。移 动探头使中2 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，则该探头及仪器的探伤灵敏度余量 8 为：8=-8o(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

3、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 I 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= I d(+) I + I d(-) I . (1) 在工作频率范围内，改用不同频率的探头，重复(1)和 的测试。表 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

4、波。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 35%)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)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，女口 DBD1, 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，

5、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 L:式中： L:水平线性误差，;衰减量dB02468101214161820222426波高理论值100实测值按(1)和(2)条方法，测试不同频率不同回波时的动态范围。4、动态范围的测量(dB)(1)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 B 前沿对准水平刻度“ I0 ”然后读取第 二至第五次底波中之最大偏差值 Lmax

6、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、20 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 85mn 和 91mn 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(100h)若 h=0 或两波能完全分开，则取 R30dB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

7、测试a)连接被测探头并置于 I 号标准试块 25mn 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Bi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:式中：fe 回波频率误差，; fO探头的标称频率。图8探头回波频率测量口 fe=(fe-f0)/foX 100%(7)(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

8、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 85mn 和 91mn 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)(1)若 h=0 或两波能完全分开，则取 R30dB(2)斜探头分辨力的测量a)如图 10 所示，探头置于 CSK- 1A 试块的 K 值测量位置，耦合良好, 探测试块上 A(50)、B(44)两孔的反射波，移动探头使两波等高；b)调节衰减器和增益

9、，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 R30dB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 KV 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 1

10、l 。(8)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。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 0: 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 1A 型标准或 CSI 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

11、到最高，贝眦时 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=x22xl5 斜探头折射角的测量图 10按下式计算 K 值:K=t

12、g3式中:3折射角，(3二arctg kk=(X+a) 80；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 KW 时, 察50mn 孔的回波；g 寸，则观察图 10(c)的1.5mm 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 B,3 即为被测探头折射角，读数精确到。(2) 小角度纵波探头 K 值和 P 角的测定在小角度探头的K 值和 3 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 TZSR 试块的 c 面或 B 面进行测

13、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 6080 时(如图 15)k=: (X+a) 200(11)当探头入射角在 90110 时(如图 16)(12)p=arctg k图16小角度探头人射角 a 和折射角 3 对应关系如表3(斜块声速取 2730m/s)。图15表3入射角a56789101112折射角P00000006 相对灵敏度（1）直探头（等同于探伤灵敏度余量）a）使用、20 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

14、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 So。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 200mn 处的2 平底孔，如图 17 所示。移动探头使中2 平底孔反射波辐最高，并用衰减器将它调至满辐度的50%,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二S-So(dB)图18斜探头相对灵敏度测

15、量（3）小角度纵波探头记下此时衰减器的，则该探头及仪器的探伤灵敏度余量S 为:S二&-S0（dB）.（2）斜探头相对灵敏度测(13)连接好被测试斜探头并按直探头的方法测量噪声电平So,然后将探头并(14)测量方法同横波探头的情况，只不过基准反射面由CSK-1A 试块上的R100 圆弧面改为 DB-H2试块上3X 80 横孔，如图 19 所示。前后移动探头使 孔波达到最高， 并用衰减器将其调至满刻度的 50，记下此时衰减器的读数S,则 a-s。的差值即为被测探头的相对灵敏度。测量时注意保持探头侧面 与试块侧面平行。图19小角度探头相对灵敏度测量7 空载始波宽度测量（1） 直探头空载始波宽

16、度a）探头置 1 号（或 CSK-1A 试块高 100mm 勺探测面上，使底波 B;和 B2的前沿分别对准水平刻度的 5 和 10，即水平刻度全长代表钢中纵波声 程200mm。b）探头移置 DB-PZ20-2、试块或 CS-1-5 试块上，仪器的调整度置灵敏度余量测试状态，将探头置于空气中，擦去探头表面油层，水平刻度的“0”点至始波后沿与垂直刻 20%线的交点所对应的水平距离 Wo 即为空载始 波宽度（用钢中纵波的距离表示 ），如图 20 所示。（2） 斜探头空载始波宽度a）连接直探头并将其置于 1 号（或 CSK-1A 标准试块高 91mm 勺探测上，调节“扫描”和“移位”旋钮，使底波 B、

17、E2 的前沿分别对准水平刻 度的 5和 10,并使第二次底波辐度为垂直刻度的 50%80%。此时水平刻 度线全长代表钢中横波声程 100mm。也可用被测斜探头直接探测 CSK-1A 式块上 R50 和 R100 圆弧面,调节仪器“扫描”和“移位”旋钮，使两波的前沿分别对准水平刻度的 5 和 10，水平刻度线全长代表钢中横波声程 100mm。b）换上待测斜探头，仪器调整度置斜探头相对灵敏度测试状态， 在声束方向与试块侧面保持平行的条件下前后移动探头， 使 1 号（或 CSK1A） 试块R100 圆弧面的第一次回波最高，调节衰减器使回波辐度为垂直刻度的 50%，然后调节水平旋钮，使回波前沿对准刻度“ 10”。c）将探头置于空气中，擦去探头表面油层，使仪器增益 40dB,则水平刻度的“0”点至始波后沿与垂直刻度 20%线交点所对应的水平距离W即为该探头空载始波宽度，用钢中横波传播距离表示。（3）小角度探头始波宽度a） 调节水平刻度全长为钢中纵波 200mm 调节方法与直探头同）。b）仪器的调整度置小角度探头相对灵敏度测试状态，并按表 4 调节中3X 80 横孔的最高回波至水平刻度的计算值位置。将探头置于空气中，擦去 探头表面油层，使仪器增益 30dB,则水平刻度的“ 0”点至始波后沿与垂直 刻度 20%线交点所对应的水平距离 W,即为该探头空载始波宽度，用钢中纵 波的传播距离表示。c