超声仪器原理2第三课件

第2章超声检测仪器原理1.探头2.仪器12.3.1超声探头1.压电效应2.探头种类3.探头结构4.探头参数21.压电效应正压电效应：有些单晶和多晶陶瓷材料在应力作用下产生应变时，晶体中就会产生极化或电场，这种效应称为正压电效应。接收超声波逆压电效应：当压电晶片受发射电脉冲激励后产生振动，即可发射声脉冲，这种效应称为逆压电效应。发出超声波本质：弹性体+电介质；晶胞结构不对称压电材料：具有压电效应的晶体材料称为压电材料。压电材料分为单晶和多晶两大类。压电单晶（石英、硫酸锂等）；压电陶瓷（多晶，钛酸铅等）——压电晶体（压电晶片，晶片）32.探头种类直探头：声线垂直入射，可发射接收纵波斜探头：声线倾斜入射，横波或表面波双晶探头（分割探头）：一个晶片发射，一个晶片接收以上为压电超声探头，占主流地位。另外还有电磁超声探头和激光超声探头。5探头图片63.探头结构

直探头：直探头(纵波探头)直探头用于发射和接收纵波，故又称为纵波探头：直探头主要用于探测与探侧面平行的缺陷．如板材、锻件检测。直探头的结构如右图所示，主要由压电晶片、保护膜、吸收块、电线接头和外壳等部分组成。1—接头；2—外壳；3—阻尼块；4—电缆线；5—压电晶片；6—保护膜7双晶探头又称组合式探头，两块压电晶片装在一个探头架下，一个晶片发射，另一个晶片接收，它们发射和接收纵波，结构见图示。晶片下的延迟块（有机玻璃或环氧树脂）使声波延迟一段时间后射入工件，从而可检测近表面缺陷，减小了盲区，并可提高分辨力。两晶片之间用隔声层分开，晶片间的倾角通常为3～18度之间。两晶片声场的重叠部分是检测灵敏度的最高区域，此区域一般呈菱形。9接触法双晶直探头发射晶片接收晶片10各种双晶直探头

焦距范围：5~40mm,频率范围：2.5~5MHz，钢中折射角：45

~70

11超声波探头中的压电陶瓷芯片

将数百伏的超声电脉冲加到压电晶片上，利用逆压电效应，使晶片发射出持续时间很短的超声振动波。当超声波经被测物反射回到压电晶片时，利用压电效应，将机械振动波转换成同频率的交变电荷和电压。13压电陶瓷的主要性能指标

1)介电常数：1000~60002)压电灵敏度D33：300~600pC/N3)机械品质因素Q：100~20004)居里温度：300~400C5）静电容：1000~100000pF（与面积有关）6）频率范围：用于超声清洗：30~100KHz用于探伤仪及流量计：2.5~5MHz用于雾化器：1~2MHz14耦合剂

超声探头与被测物体接触时，探头与被测物体表面间存在一层空气薄层，空气将引起三个界面间强烈的杂乱反射波，造成干扰，并造成很大的衰减。为此，必须将接触面之间的空气排挤掉，使超声波能顺利地入射到被测介质中。在工业中，经常使用一种称为耦合剂的液体物质，使之充满在接触层中，起到传递超声波的作用。常用的耦合剂有自来水、机油、甘油、水玻璃、胶水、化学浆糊等。15压电材料代号锆钛酸铅陶瓷P钛酸钡陶瓷B钛酸铅陶瓷T铌酸锂单晶L碘酸锂单晶I石英单晶Q其它压电材料N晶片材料代号17种类代号直探头Z斜探头（用K值表示）K斜探头（用折射角表示）X分割探头FG水浸探头SJ表面波探头BM可变角探头KB探头种类代号184.探头参数直探头：频率-材料-直径。例：2.5B20，5N14斜探头（横波）：频率-材料-长宽-角度β或K值（K=tgβ），例：5P86K1.5191.超声仪器种类用途：探伤仪；检测仪（声速，厚度等）按信号类型分类：模拟信号检测仪，即常规超声检测仪，显示器显示模拟波形，具有显示迅速、细腻、真实的特点；数字信号检测仪，以常规超声检测仪为基础，加上模数转换及存储器，具有存储、显示和打印输出缺陷的当量值和位置等参数的功能，另外可实时得到缺陷的当量和位置等主要信息，而且为数字信号处理奠定了良好的基础。通道数：单通道；多通道,前者仪器由一个或一对探头单独工作；后者仪器则是由多个或多对探头交替工作，适用于自动化探伤缺陷显示方式：A型，B型，C型A型：显示声轴上的回波（脉冲）B型：显示声轴扫描的纵剖面（平面图像）C型：显示声轴扫描的横截面（平面图像）21A型,B型,C型示意图222.A型仪器原理框图A型脉冲反射式超声波探伤仪电路框图

六大块：①发射电路②电源电路③接收电路④同步电路⑤扫描电路⑥显示电路要点：①发射接收一条路；②纵横两路要同步；③纵接收，横扫描233.电路参数探头：超声频率发射电路：发射强度接收电路：衰减（大）；增益（小）；检波；抑制同步电路：重复频率（触发～，发射～，扫描～）扫描电路：扫描速度；扫描延迟显示电路：聚焦，亮度25超声波脉冲参数示意图26t电=

t声；显示一次底面回波B1t电=

2t声；显示二次底面回波B2t电<

t声；B1无显示(1)必须t电≥

t声；(2)必须t同>

t电（t同同步周期，对应重复频率）29如何调节t电（扫描速度）？调节[深度范围]旋钮！如何调节t同（对应重复频率）？靠[深度范围]旋钮在仪器内部联调305.数字型仪器模拟式仪器的主要问题

数字化的实现

数字化仪器的特点

31模拟式仪器的主要问题①不能记忆显示，不能存储波形②没有运算功能③功能简单④指标难以再提高

32数字化的实现①模数转换器（A/D）：关键器件；速度要大于100MHz，分辨率一般8位。②微处理器（单片机）：核心器件；16位，完成数据分析处理③存储器：大容量FLASH，存储数据、波形

33数字化仪器的特点①检测速度快：自动设置、计算、记录②检测精度高：提高1倍左右③信号分析、模式识别、专家系统（缺陷定性）④显示DAC(距离-波幅)曲线，显示波形包络⑤记录、存档、打印报告⑥操作提示、微机通信⑦手动B扫描，显示焊缝截面

34数字