超聲波檢測儀和探頭的組合性能簡介

在超聲波檢測過程中，對我們的檢測過程和結(jié)果起決定作用的是超聲波檢測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  超聲波檢測中靈敏度廣義上來講是指整個檢測系統(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衡量。靈敏度余量是指儀器最大輸出時（增益、發(fā)射強度最大、衰減和抑制為零），使規(guī)則反射體回波達基準(zhǔn)高所需衰減的衰減總量。靈敏度余量大，說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)射強度旋鈕至“強”，連接探頭并懸空，調(diào)衰減器使電噪聲電平≤10%，記下此時的衰減器讀數(shù)N1dB。

2）將探頭對準(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50%，記下此時的衰減器讀數(shù)N2dB，則儀器和探頭的靈敏度余量為：

                                                                      N=N2-N1（dB）

  二，分辨力   超聲檢測系統(tǒng)的分別力是指能夠?qū)σ欢ù笮〉膬蓚€相鄰反射體提供可分離指示時兩者的最小距離。由于超聲脈沖自身有一定寬度，在深度方向上分辨兩個相鄰信號的能力有一個最小限度（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。實際檢測時，入射面分辨力和底面分辨力與所用的檢測靈敏度有關(guān)，檢測靈敏度高時，界面脈沖或始波寬度會增大，使得分辨力變差。探頭平移時，分辨相鄰兩個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。分辨力的測試方法如下：

1）盲區(qū)與始脈沖寬度

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

始脈沖寬度測試方法：按規(guī)定調(diào)好靈敏度并調(diào)至標(biāo)準(zhǔn)“0”點，如下圖。示波屏上始脈沖達20%高度時至水平刻度“0”點的距離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），對于頻率為5MHZ的探頭，寬度不大于10mm，對于頻率為2.5MHZ的探頭，寬度不大于15mm。

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

用IIW試塊或CSK-IA試塊也可以估計盲區(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估盲區(qū)的范圍，無法精確測量盲區(qū)的大小。

2) 儀器與直探頭遠場分辨力的測定

抑制旋鈕至“0”，探頭置于下圖所示的CSK-IA試塊III處，左右移動探頭，使得示波屏上出現(xiàn)85、91、100三個反射回波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，直探頭遠場分辨力≥30dB.

3) 儀器與斜探頭遠場分辨力的測定

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

實際測試時，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，斜探頭遠場分辨力≥6dB.

三，信噪比   

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

信噪比的測定分為儀器校驗時的測定和實際檢測時的測定。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，實際中往往采用回波頻率誤差表征。回波頻率誤差是當(dāng)儀器與探頭組合使用時，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： 山東誠之檢無損檢測技術(shù)有限公司

                           無損檢測事業(yè)部         顏工

                                  2021年2月10日