超声检测第17讲-仪器和探头的性能及其测试

1、仪器和探头的性能及其测试一、超声检测仪和探头的主要性能及其组合性能1.超声检测仪的主要性能 (1)脉冲发射部分：这部分性能主要有发射电压、发射脉冲上升时间、发射脉冲宽度和发射脉冲频谱。其中脉冲频谱与前几个参数是相关的。脉冲上升时间直接与频谱的带宽相关，脉冲上升时间越短，则频带越宽。在仪器技术指标中，常给出发射电压幅度和脉冲上升时间，作为发射部分的性能指标。(2)接收部分：接收部分的性能主要有垂直线性、频率响应、噪声电平、最大使用灵敏度、衰减器准确度以及与示波管结合的性能，包括垂直偏转极限、线性范围和动态范围。 (3)时基部分：时基部分的性能包括水平线性、脉冲重复频率以及与示波管结合的性能，包括

2、水平偏转极限和线性范围。2.探头的主要性能 探头的主要性能包括频率响应、相对灵敏度、时间域响应、电阻抗、距离幅度特性、声束扩散特性、斜探头的入射点和折射角、声轴偏斜角和双峰等。3.超声检测仪和探头的组合性能：组合性能包括灵敏度(或灵敏度余量)、分辨力、信噪比和频率等。(1)灵敏度：超声检测中灵敏度广义的含义是指整个检测系统(仪器与探头)发现最小缺陷的能力。发现的缺陷越小，灵敏度就越高。(2)分辨力(3)信噪比(4)频率二、超声检测仪、探头及其组合性能的测试方法1.仪器使用性能的测试方法：仪器的基本性能主要由制造商在仪器出厂前进行测试，并提供给用户。对于使用者来说。更关心的是那些与检测直接相关的

3、基本性能。主要包括垂直线性、水平线性、动态范围和衰减器准确度。这些指标的测量方法较为简单，通常不需要连接特殊的电路或仪器。在定期的仪器检定中。以及在日常工作中确认仪器状态时，均需对这些指标进行测量，因此，这些指标又称仪器的使用性能。关于这些技术指标的具体量值要求，需根据超声检测的具体对象和目的进行规定。(1)垂直线性接收电路中影响垂直线性的有衰减器、高频放大器、视频放大器等。规定了不同的测试方法。一种简单的测试方法是采用规定的人工反射体产生的脉冲回波，用仪器上的衰减器改变屏幕上显示的回波高度，以测得的回波高度值与相应衰减量对应的理论波高的最大差值作为垂直线性误差。这种方法测得的垂直线性误差综合

4、了衰减器和放大器等接收电路各部分的误差值。(2)垂直线性误差的测试:为了要区分衰减器误差与其他电路的误差。一种方法是先用标准衰减器测出仪器上衰减器的准确度，在衰减器符合要求的情况下，再进行上述测量，另一种方法是采用两个成比例的信号，调节增益(或衰减器)使信号在屏幕上的波高改变为不同的值，观察两个信号幅度比的变化情况。由于衰减器对两个信号的衰减量是一样的，因此幅度比的变化基本排除了衰减器的影响，可代表放大电路的线性情况。在确认放大器线性满足要求的情况下，仍可用衰减器调节量与回波高度的对应关系来测定衰减器的准确度。可按下列简易方法大致测出衰减误差:在探头远场区，同声程平底孔的孔径相差一倍，其反射回

5、波的理论差值为12 dB。据此。可以用直探头检测试块内同声程的Ø2mm和Ø4平底孔(如、CS- 1型5号和15号试块)，用衰减器将它们的回波调至同一高度(如垂直刻度的80%)，此时衰减器的调节量(dB)值与12 dB的差值即为衰减误差。由于检测仪衰减器旋钮刻度只有整数值，难以调节到基准高度的回波余额可折算。(3)动态范围：动态范围的测量通常采用直探头，将试块上反射体的回波高度调节到垂直刻度的100%，用衰减器将回波幅度由100%下降到刚能辨认的最小值时，该调节量即为仪器的动态，注意这时抑制旋钮为“0”。JB/T10061-1999标准中规定仪器的动态范围不小于26dB。2.

6、探头的性能及其测试：多数探头性能不仅与探头晶片本身的特性有关，还与探头的阻尼、耦合介质特性、测试时激励信号的特性有关。很多性能必须通过脉冲回波来反映，因此，测试时往往要规定测试激励信号、耦合介质以及脉冲反射法时的反射体，以使需检测的探头性能以外的其他影响因素被排除或保持不变，使检测结果具有可比性。前面所述的探头性能是探头制造商进行探头质量评价时需要检测的项目。对于使用者而言，测试的目的主要是对探头性能的定期检验，以及斜探头入射点与折射角等易变参数的常规测试。下面仅介绍常用的频率特性、距离幅度特性、声束特性、斜探头的入射点与折射角、声束偏斜角与双峰的测试方法。3.仪器与探头组合性能测试：组合性能

7、测试包括灵敏度(或灵敏度余量)、分辨力和信噪比。 (1)灵敏度余量 仪器与直探头组合的灵敏度余量测试方法如下:1)仪器增益旋钮至最大，抑制旋钮至“0”，发射强度旋钮至“强”，连接探头,并使探头悬空，调衰减器使电噪声电平10%，记下此时的衰减器的读数N1dB。 2)将探头对准图1a所示的200 mm声程处的2 mm平底孔.调衰减器使2 mm平底孔回波高度为50%，记下此时衰减器读数N2dB。则仪器与探头的灵敏度余量N为: 仪器与斜探头组合的灵敏度余量的测试:1)增益旋钮至最大，抑制旋钮至"0"，发射强度旋钮至“强”，连接探头并悬空，记下电噪声电平10%的衰减量N1。 2)探头

8、置于IIW试块或CSK-IA试块上，如图1b所示，记下使R100圆弧面的第一次反射波最高达50%时的衰减量N2。则仪器与斜探头的灵敏度余量N为: N=N2一N1(dB) 图1 灵敏度余量测定 a)直探头 b)斜探头 (2)盲区与始脉冲宽度盲区是指从检测面到能够发现缺陷的最小距离。盲区的大小与仪器的阻塞时间和始脉冲宽度有关。 始脉冲宽度测定方法:按规定调好灵敏度并调至标准“0"点，如图2所示，示波屏上始脉冲达20 %高处至水平刻度“0”点的距离Wn，即为始脉冲宽度。 JB/T 4730-2005中规定，仪器和直探头组合的始脉冲宽度(在基准灵敏度下):对于频率为5MHz的探头，宽度不大于10 mm;对于频率为2.5MHz的探头，宽度不大于15mm。 盲区的测定可在盲区试块上进行，如图3所示。在示波屏上能清晰地显示1rnm平底孔独立回波的最小距离即为所测的盲区。图2 始脉冲宽度 图3 用盲区试块测盲区 如果没有