超聲波檢測(cè)儀和探頭的組合性能簡(jiǎn)介

在超聲波檢測(cè)過(guò)程中，對(duì)我們的檢測(cè)過(guò)程和結(jié)果起決定作用的是超聲波檢測(cè)儀和探頭的組合性能，包括：靈敏度（或靈敏度余量）、分辨力、信噪比和頻率等。

一，靈敏度  超聲波檢測(cè)中靈敏度廣義上來(lái)講是指整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)，包括儀器和探頭發(fā)現(xiàn)最小缺陷的能力，能發(fā)現(xiàn)的缺陷越小，靈敏度就越高。

 系統(tǒng)的靈敏度常用靈敏度余量來(lái)衡量。靈敏度余量是指儀器最大輸出時(shí)（增益、發(fā)射強(qiáng)度最大、衰減和抑制為零），使規(guī)則反射體回波達(dá)基準(zhǔn)高所需衰減的衰減總量。靈敏度余量大，說(shuō)明儀器和探頭的靈敏度高。靈敏度余量與儀器和探頭的綜合性能有關(guān)，因此，又叫儀器和探頭的綜合靈敏度。其測(cè)試方法如下：

1）儀器增益旋鈕至最大，抑制旋鈕至“0”，發(fā)射強(qiáng)度旋鈕至“強(qiáng)”，連接探頭并懸空，調(diào)衰減器使電噪聲電平≤10%，記下此時(shí)的衰減器讀數(shù)N1dB。

2）將探頭對(duì)準(zhǔn)下圖所示的200mm處Φ2mm平底孔。調(diào)衰減器使得Φ2mm平底孔回波達(dá)50%，記下此時(shí)的衰減器讀數(shù)N2dB，則儀器和探頭的靈敏度余量為：

                                                                      N=N2-N1（dB）

  二，分辨力   超聲檢測(cè)系統(tǒng)的分別力是指能夠?qū)σ欢ù笮〉膬蓚€(gè)相鄰反射體提供可分離指示時(shí)兩者的最小距離。由于超聲脈沖自身有一定寬度，在深度方向上分辨兩個(gè)相鄰信號(hào)的能力有一個(gè)最小限度（距離），稱為縱向分辨力。在工件的入射面和底面附近，可分辨的缺陷和相鄰界面間的距離，稱為入射面分辨力和底面分辨力，又稱為上表面分辨力和下表面分辨力。實(shí)際檢測(cè)時(shí)，入射面分辨力和底面分辨力與所用的檢測(cè)靈敏度有關(guān)，檢測(cè)靈敏度高時(shí)，界面脈沖或始波寬度會(huì)增大，使得分辨力變差。探頭平移時(shí)，分辨相鄰兩個(gè)反射體的能力稱為橫向分辨力。橫向分辨力取決于聲束的寬度。分辨力的測(cè)試方法如下：

1）盲區(qū)與始脈沖寬度

盲區(qū)是指從檢測(cè)面到能夠發(fā)現(xiàn)缺陷的最小距離。盲區(qū)的大小與儀器的阻塞時(shí)間和始脈沖寬度有關(guān)。

始脈沖寬度測(cè)試方法：按規(guī)定調(diào)好靈敏度并調(diào)至標(biāo)準(zhǔn)“0”點(diǎn)，如下圖。示波屏上始脈沖達(dá)20%高度時(shí)至水平刻度“0”點(diǎn)的距離W, 即為始脈沖寬度。

NB/T47013-2015標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，儀器和探頭的始脈沖寬度（基準(zhǔn)靈敏度下），對(duì)于頻率為5MHZ的探頭，寬度不大于10mm，對(duì)于頻率為2.5MHZ的探頭，寬度不大于15mm。

盲區(qū)的測(cè)定可以在如下的盲區(qū)試塊上進(jìn)行。在示波屏上能清晰的顯示Φ1mm平底孔獨(dú)立回波的最小距離即為所測(cè)的盲區(qū)。處于盲區(qū)內(nèi)的缺陷是無(wú)法檢測(cè)出的。

用IIW試塊或CSK-IA試塊也可以估計(jì)盲區(qū)的范圍。做法是分別將探頭置于厚度5mm和10mm處。這種做法只能是大致評(píng)估盲區(qū)的范圍，無(wú)法精確測(cè)量盲區(qū)的大小。

2) 儀器與直探頭遠(yuǎn)場(chǎng)分辨力的測(cè)定

抑制旋鈕至“0”，探頭置于下圖所示的CSK-IA試塊III處，左右移動(dòng)探頭，使得示波屏上出現(xiàn)85、91、100三個(gè)反射回波A、B、C，則波峰和波谷的分貝差20lg（a/b）表示分辨力。NB/T47013標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，直探頭遠(yuǎn)場(chǎng)分辨力≥30dB.

3) 儀器與斜探頭遠(yuǎn)場(chǎng)分辨力的測(cè)定

將斜探頭置于下圖的CSK-IA試塊上，對(duì)準(zhǔn)Φ50mm、Φ44mm、Φ40mm三個(gè)階梯孔，使得示波屏上出現(xiàn)三個(gè)反射波。平移探頭并調(diào)節(jié)儀器，使得三個(gè)回波等高，其波峰為h1，波谷為h2，則其分辨力為：X=20lgh1/h2（dB）

實(shí)際測(cè)試時(shí)，用衰減器將h1衰減到h2，其衰減量ΔN即為分辨力。即X=ΔN。

NB/T47013標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，斜探頭遠(yuǎn)場(chǎng)分辨力≥6dB.

三，信噪比   

信噪比是指示波屏上有用的最小缺陷信號(hào)幅度與無(wú)用的最大噪聲幅度之比。由于噪聲的存在會(huì)掩蓋幅度低的小缺陷信號(hào)，容易引起漏檢或誤判，嚴(yán)重時(shí)甚至無(wú)法進(jìn)行檢測(cè)。因此，信噪比對(duì)缺陷的檢測(cè)起關(guān)鍵作用。

信噪比的測(cè)定分為儀器校驗(yàn)時(shí)的測(cè)定和實(shí)際檢測(cè)時(shí)的測(cè)定。一般以200mm處Φ1mm平底孔回波H信與噪聲雜波H噪之間的分貝差來(lái)表示信噪比的大小，即Δ=20lgH信/H噪.

四，回波頻率

探頭的的公稱頻率是制造廠在探頭上標(biāo)出的頻率，該頻率是根據(jù)駐波共振理論設(shè)計(jì)的，由f0 =CL/2t得到。這里講的是儀器和探頭的組合頻率，取決于儀器的發(fā)射電路和探頭的組合性能。與公稱頻率之間往往存在著一定的差值。為衡量該差值，實(shí)際中往往采用回波頻率誤差表征?；夭l率誤差是當(dāng)儀器與探頭組合使用時(shí)，經(jīng)工件底面反射回的超聲波的頻率與探頭公稱頻率間的誤差極限。

              供稿： 山東誠(chéng)之檢無(wú)損檢測(cè)技術(shù)有限公司

                           無(wú)損檢測(cè)事業(yè)部         顏工

                                  2021年2月10日