《TOFD检测（双语）》课件-20.TOFD检测分辨力

TOFD检测分辨力

ResolutioninTOFDTestingTOFD检测技术

TOFDTestingTechnology分辨力的定义及其影响因素

DefinitionofResolutionandFactorsAffectingIt1TOFD技术在不同深度的分辨力

TOFDResolutionatDifferentDepths2提高TOFD技术的分辨力的措施

MethodsforImprovingTOFDResolution3知识目标

Knowledgeobjectives教学目标

Teachingobjectives分辨力与精度是两个不同的概念

Resolutionandaccuracyaretwodistinctconcepts.精度是指测量信号到达时间的准确性。

Accuracyreferstotheaccuracywithwhichthesignalarrivaltimeismeasured.分辨力是指能够识别的2个信号到达的时间间隔，或其所能代表的最小距离，这种分辨力称为纵向分辨力，也称时间分辨力、距离分辨力或深度分辨力。

Resolutionreferstotheminimumtimeintervalbetweentwosignalsthatcanbedistinguished,ortheminimumdistancerepresentedbythatinterval.Thisisknownasaxialresolutionandisalsoreferredtoastimeresolution,distanceresolution,ordepthresolution.分辨力的定义及其影响因素

DefinitionofResolutionandFactorsAffectingIt分辨力决定了TOFD系统所能分辨的缺陷的高度尺寸的极限。

ResolutiondeterminestheminimumdefectheightthataTOFDsystemcanresolve.典型情况：

Typicalapplication:分辨一个小裂纹的顶部和底部的衍射信号的到达时间或距离。

Todistinguishthearrivaltimesofthediffractedsignalsfromtheupperandlowertipsofasmallcrack,orthedistancebetweenthetwotips.分辨力与精度是两个不同的概念

Resolutionandaccuracyaretwodistinctconcepts.分辨力的定义及其影响因素

DefinitionofResolutionandFactorsAffectingItTOFD系统的纵向分辨力取决于脉冲信号的持续时间，通常一个脉冲信号包含几个周期，其时间分辨力就是这几个周期的时间，其距离分辨力就是这段时间超声波的传输距离，也就是几个波长的长度。

TheaxialresolutionofaTOFDsystemdependsonthedurationoftheultrasonicpulse.Apulsegenerallycontainsseveralcycles.Itstimeresolutioncorrespondstothedurationofthosecycles,whileitsdistanceresolutioncorrespondstothedistancetraveledbytheultrasonicwaveduringthatperiod,namelyseveralwavelengths.探头发出的超声脉冲周期数越少，信号持续时间就越短，分辨力就越高。

Thefewercyclescontainedintheultrasonicpulsegeneratedbytheprobe,theshorterthesignaldurationandthehighertheresolution.分辨力的定义及其影响因素

DefinitionofResolutionandFactorsAffectingIt实际检测时，TOFD探头周期数要求如下：

InactualTOFDtesting,theprobe-pulsewaveformshouldmeetthefollowingrequirements:探头发出的超声脉冲应为1.5周期，且在脉冲的头尾端的半周期不大于主半周期波高的-6dB。

Theultrasonicpulsegeneratedbytheprobeshouldcontainapproximately1.5cycles.Theamplitudesoftheleadingandtrailinghalf-cyclesshouldbenogreaterthan−6dBrelativetotheamplitudeofthemainhalf-cycle.如果以返回信号10%波幅来测量，直通波和底面反射波的脉冲长度应不超过2个周期。

Whenmeasuredat10%ofthepeakamplitudeofthereceivedsignal,thepulsedurationsofthelateralwaveandback-wallechoshouldnotexceedtwocycles.分辨力的定义及其影响因素

DefinitionofResolutionandFactorsAffectingIt如右图所示：在脉冲周期数相同的情况下，频率5M的脉冲信号的持续时间只是1M的脉冲信号的持续时间的1/5，前者比后者的分辨力高很多。

Asshowninthefigureontheright,whenthenumberofcyclesisthesame,thedurationofa5MHzpulseisonlyone-fifththatofa1MHzpulse.Theformerthereforeprovidessubstantiallyhigherresolution.分辨力的定义及其影响因素

DefinitionofResolutionandFactorsAffectingIt分辨力的定义及其影响因素

DefinitionofResolutionandFactorsAffectingItTOFD系统一般使用的频率是5M，一般情况下信号的脉冲大致是2～3个波长，对于5M的探头来说，一个波长大约为1mm，所以我们说TOFD系统的分辨力大致为2～3mm。

TOFDsystemscommonlyuseafrequencyofapproximately5MHz.Atypicalultrasonicpulseisapproximatelytwotothreewavelengthslong.Fora5MHzprobe,onewavelengthinsteelisapproximately1mm,givingaTOFDresolutionofapproximately2–3mm.由于大多数夹渣和气孔高度小于这一数值，所以TOFD系统一般不能分开其上下端点信号。

Becausethethrough-thicknessdimensionsofmostslaginclusionsandporesaresmallerthanthisvalue,aTOFDsystemgenerallycannotresolvetheirupper-andlower-tipsignalsseparately.计算TOFD技术在不同深度的分辨力，即在不同深度上能区分上下端点的反射体的最小尺寸，其量值用声学脉冲的长度来确定。

TheresolutionofTOFDatdifferentdepthsisexpressedastheminimumthrough-thicknessdimensionofareflectorforwhichtheupper-andlower-tipsignalscanbedistinguished.Thisvalueisdeterminedbythespatiallengthoftheultrasonicpulse.TOFD技术在不同深度的分辨力

TOFDResolutionatDifferentDepths如果tp是声学脉冲长度的时间（最大到振幅的10%），td是深度为dmm的衍射信号的传输时间，则深度分辨力Rmm可以按下式计算出来：

Iftₚisthedurationoftheultrasonicpulsemeasuredat10%ofitspeakamplitude,andtd

isthetransittimeofthediffractedsignalfromadepthd,inmm,thedepthresolutionR,inmm,canbecalculatedusingthefollowingequation:

深度，mm

Depth(mm)5102040脉冲宽度取2个周期的分辨力，mm

ResolutionwithaPulseDurationofTwoCycles(mm)7.14.01.91.9脉冲宽度取1个周期的分辨力，mm

ResolutionwithaPulseDurationofOneCycle(mm)4.222.701.550.95使用5MHz探头检测40mm厚的试样，探头中心间距100mm。脉冲宽度分别取中心频率的2个和1个全周期，即0.4s和0.2s，则在不同深度的分辨力的计算结果如下表所示：

A5MHzprobeisusedtoinspecta40mmthickspecimenwithaprobecenterspacingof100mm.Thepulsedurationsaretakenastwoandonecompletecyclesatthecenterfrequency,namely0.4μsand0.2μs,respectively.Thecalculatedresolutionsatdifferentdepthsareshowninthetablebelow:TOFD技术在不同深度的分辨力

TOFDResolutionatDifferentDepths由表中数据可见：

Thedatainthetableshowthat:分辨力随着深度的增加而提高。

Resolutionimprovesasthedefectdepthincreases.当反射体接近表面时，能够分开上端和下端的反射体尺寸快速增加（变大），分辨力降低。

Asareflectorapproachestheinspectionsurface,theminimumthrough-thicknessdimensionrequiredforitsupper-andlower-tipsignalstoberesolvedincreasesrapidly,indicatingpoorerresolution.深度，mm

Depth(mm)5102040脉冲宽度取2个周期的分辨力，mm

ResolutionwithaPulseDurationofTwoCycles(mm)7.14.01.91.9脉冲宽度取1个周期的分辨力，mm

ResolutionwithaPulseDurationofOneCycle(mm)4.222.701.550.95TOFD技术在不同深度的分辨力

TOFDResolutionatDifferentDepths使用短脉冲探头，减少信号脉冲周期数，从而减少脉冲信号持续时间。

Useashort-pulseprobetoreducethenumberofcyclesintheultrasonicpulseandtherebyshortenthepulseduration.提高探头的频率，同样可以减少脉冲信号持续时间，但探头频率提高受限于工件厚度和衰减的大小。此外正如我们后面要提到的，有时为了得到足够大的波束扩散角我们不得不降低频率。

Increasetheprobefrequencytofurthershortenthepulseduration.However,theusablefrequencyislimitedbytheworkpiecethicknessandultrasonicattenuation.Inaddition,asdiscussedlater,thefrequencymaysometimesneedtobereducedtoobtainasufficientlywidebeamspread.改变探头间距，探头间距减小，对缺陷的分辨力越高；但探头间距减小会导致波束覆盖范围降低。

Reducetheprobecenterspacingtoimprovedefectresolution.However,asmallerprobecenterspacingmayreducebeamcoverage.提高分辨力对TOFD技术来说是非常重要的。采取以下措施来达到目的：

ImprovingresolutionisessentialinTOFDtesting.Thefollowingmeasurescanbetaken:提高TOFD技术的分辨力的措施

MethodsforImprovingTOFDResolution此外还可以采用以下措施提高分辨力：

Thefollowingadditionalmeasuresmayalsobeusedtoimproveresolution:用底波以后的信号来观察近表面缺陷信号，这与较深处的缺陷分辨力较高的道理是相同的；

Usesignalsoccurringaftertheback-wallechotoobservenear-surfacedefects.Thismakesuse