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影响反射波的因素

来源: | 发布日期:2022-06-15

在探讨影响反射波的因素时,主要讨论的是各种因素对回波幅度的影响。另外,由于检测中通常关心的是缺陷回波,因此下面主要针对影响缺陷回波幅度的因素进行分析。

影响缺陷反射波的因素很多,概括起来主要有仪器和探头,耦合,被测材料及缺陷几个方面,如图2-4所示。


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2-4  影响缺陷反射回波的因素


仪器和探头

      本节主要介绍仪器和探头对缺陷回波幅度或形状的影响。有关对信号频谱影响的分析请参见第4章相关章节。

1.仪器

在超声检测中,发射和接收电路对脉冲信号的幅度(能量),形状等特性有很大影响。除此以外,仪器(探伤仪)的垂直线性、水平线性以及抑制电路等都会对回波信号产生影响。分别介绍如下:

   (1)发射条件   

超声波发射电路是一个电脉冲信号发生器,可以产生100 ~400V的高压电脉冲,施加到压电晶片上产生脉冲超声波。发射电路有调谐式和非调谐式之分。调谐式电路谐振频率由电路中的电感、电容决定,发出的超声脉冲较窄;而非调谐式电路发射的脉冲短,频率较宽,脉冲形状有尖脉冲、方波等不同形式。

(2)接收条件   

超声回波信号经压电晶片转换后得到的射频电压通常只有几十至几百毫伏,被输人到接收电路后需要对其进行放大、检波,使其能够在显示器上得到足够的显示。接收电路通常包括衰减器、高频放大器、检波器和视频放大器。

(3)垂直线性   

探伤仪的垂直线性指的是探伤仪示波屏上的波高与探头接收的信号之间成正比的程度。影响探伤仪垂直线性的因素主要是探伤仪的放大器和示波管的性能。若探伤仪的垂直线性不好,那么示波屏上的缺陷波波高就不是缺陷大小的正确反映,从而影响缺陷的定量精度。

(4)水平线性   

探伤仪的水平线性又称时基线性,指的是探伤仪示波屏上时基线显示的水平刻度值与实际声程之间成正比的程度。探伤仪的扫描锯齿波的线性是水平线性的主要影响因素。若探伤仪的水平线性不好,那么示波屏上的缺陷波位置就不是缺陷在工件中埋藏深度的正确反映,从而影响测距精度,进而影响缺陷的定位精度。

(5)抑制电路   

探伤仪上的抑制电路主要用于抑制杂波(噪声),从而改善信噪比,如图2-5所示[4]。需要说明的是:使用抑制一方面会使垂直线性变坏,造成示波屏上显示的波高不再与输入信号幅值成正比;另一方面,过度的抑制还可能导致有用信号的丧失,因此应该慎用。


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    2.探头

 探头特性对回波波形及幅度的影响主要是频率(波长),且往往是与其他影响因素一起作用。 相关介绍请见4.4.2节。

    3.仪器和探头之间的连接与配合

 实际检测中,超声波仪器与探头并不能单独使用,而是必须连接在一起配合起来使用,因此影响两者之间连接的因素(主要是电缆)也会影响回波,同时两者配合起来的综合性能,如灵敏度、分辨力和盲区,也会对回波产生影响。

    (1)连接   

 探头是通过电缆与探伤仪相连接的。为了消除外来电波对探头的激励脉冲及回波脉冲产生的影响,以及防止这种高频脉冲以电波形式向外辐射,一般要求使用高频电缆作为连接电缆。对干高频电缆,使用时应注意:如果探头的压电晶片材料为石英、硫酸锂等介电常数很低的材料,那么高频电缆的长度、种类不同,会引起探伤灵敏度的变化,因此不能任意配用。高频电缆的构造如图2-6所示[4]。在直径d=0.6mm左右的导线(芯线)上围有直径数毫米的屏蔽编织线,其间隔有聚乙烯塑料;在屏蔽线外侧也包有聚乙烯塑料。高频电缆比一般电缆脆弱,弯曲过大尤其容易损坏。此外,高频电缆与接头连接时,屏蔽线要用焊锡焊牢在接头上。

    (2)灵敏度   

 灵敏度指的是整个检测系统(仪器与探头)发现最小缺陷的能力。这对于小缺陷的回波有重要意义。灵敏度越高,所能发现的缺陷越小。灵敏度还会影响始脉冲宽度,从而影响盲区。一般来说,随着灵敏度的提高,盲区也随之增大。

    (3)分辨力   

 即系统能够区分两个相邻但不连续的缺陷的能力。能区分的两相邻缺陷的距离越小,分辨力就越高,就越不容易把本应分别显示的两个缺陷的相对较小的缺陷回波显示为一个大的缺陷波。分辨力与晶片的机械品质因子和探伤仪的发射强度有关,可分为近场分辨力、远场分辨力、纵向分辨力和横向分辨力。一般指的是远场分辨力。

    (4)盲区   

 盲区是指从探测面到能够发现缺陷的最小距离,表征着系统的近距离分辨能力。当缺陷位于盲区内时,发现不了任何缺陷。影响盲区大小的因素主要是探伤仪的阻塞时间和始脉冲宽度。其中始脉冲宽度除了与灵敏度有关外,还与探头晶片的机械品质因子和探伤仪的发射强度有关。

 除此之外,探伤仪、探头以及两者之间的连接,可能产生各种系统噪声,这些噪声会对反射回波造成一定的干扰,其中部分干扰因素可通过滤波、叠加等方法消除,从而提高信噪比。图2-7即为通过滤波来消除系统噪声的例子[4]。超声波检测中噪声类型、来源、特征及消除方法等参见5.1节。


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2-7滤波的作用

a)不加滤波  b)稍加滤波  c)明显滤波


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