数字式与模拟式超声波探伤仪的扫描基线比例调节与用途对比

刘英和，徐万德，李全余，马成宝

（1.天津市友联螺旋钢管有限公司，天津 301606；2.天津市友发钢管集团有限公司，天津 301606）

超声波探伤仪显示区下方发亮的水平线段称作扫描基线。探伤时根据缺陷反射回波在扫描基线上出现的位置来确定缺陷埋藏位置。由于计算机技术在超声波探伤仪中的广泛应用，使数字式超声波探伤仪扫描基线比例确定的方法与模拟式超声波探伤仪出现了不同，相关教材、仪器操作说明书中均没有关于数字式超声波探伤仪扫描基线比例确定方法的介绍与说明。笔者通过对两种形式超声波探伤仪扫描基线调整过程与比例确定方法的比较分析，论述了数字式超声波探伤仪扫描基线调整后是否还需要人为确定扫描基线比例的问题。

1 模拟式超声波探伤仪扫描基线比例调整

1.1 扫描基线实现定位尺功能

受当时计算机技术的影响，模拟式超声波探伤仪无法直接识别扫描基线上出现的缺陷反射回波埋藏深度与水平距离等信息。因此设计人员在显示器前面放置了一块保护面板，在玻璃片的下方等间距做出0，2，4，6，8，10mm等水平刻度，使每一刻度代表一定的长度，以使扫描基线转化为定位尺。如图1所示。

图1 模拟式超声波探伤仪显示器保护面板

1.2 扫描基线调整的比例确定

1.2.1 调整目的

调整扫描基线一是使水平刻度的显示范围足以包含需检测的深度范围；二是使保护面板上的刻度与在材料中声传播的距离成一定比例，以便准确测定缺陷深度位置。

1.2.2 调整方法

根据检测范围，利用已知尺寸的试块或工件上的两次不同反射回波，通过调节仪器上的扫描范围和延迟旋钮，使两个回波信号的前沿分别位于相应的水平刻度处。

1.2.3 调整过程

找到R100与R50圆弧反射回波后，配合调节模拟探伤仪“深度细调”与“脉冲移位”旋钮使R50，R100圆弧反射回波分别移动到显示器保护面板水平刻度对应L1，L2位置时，扫描基线按水平距离比例1∶1调整结束。

随着被检工件厚度的变化，扫描基线比例可通过将显示器保护面板上的水平刻度值τ与反射体的水平距离L按公式τ：L＝1：n计算得出，这一过程实际是将图1水平刻度上的每个值转化成了长度。

2 数字式超声波探伤仪的扫描基线

2.1 显示器的分辨力

数字式超声波探伤仪使用的各种显示器的参数之一为分辨力。以640×480分辨力的显示器为例，扫描列数为640列，行数为480行。整个屏幕实际就是由640×480个像素点组成的点阵，点阵数就称为显示器的分辨力。如图2所示。

图2 显示器点阵示意

2.2 数字式超声波探伤仪显示区的建立

图3网格区域称作数字式超声波探伤仪的显示区，显示区域的上、下以及左侧显示了不同数量的文字与数字，需要占用不同数量的像素点。

图3 某型号数字式超声波探伤仪的显示区

通过前述分析可知，图2由左至右每行像素点数为640点，去掉图3水平方向的数字、文字以及空白区域占用的像素点数，设计规定图3显示区域由左至右使用512个像素点来组成，上、下由320个像素点组成，即图3显示区是由512×320个像素点组成的点阵构成。

2.3 数字式超声波探伤仪电子刻度的建立

数字式超声波探伤仪利用计算机技术，将图1保护面板上的0，2，4，6，8，10等水平刻度值直接制作成了如图3显示区下方的0，10.8，21.6，32.4，43.2，55.3的电子刻度，刻度数量为512个，即与显示区内由左至右的像素点数相同，电子刻度的功能与定位尺的功能相同。利用计算机的软件功能，将电子刻度放置到图3所示显示区下方并与某一行像素点重合，此即为数字式超声波探伤仪电子刻度的建立过程。

2.4 显示范围的形成

图3所示数字式超声波探伤仪的采样频率为15MHz，由上述分析可知电子刻度的刻度数量与显示区中的像素点数512点相同。

由采样频率可得，采集一个电子刻度（即一个像素点）所用时间为1／（15×106）s，采集512个电子刻度所用时间为512×1／（15×106）s，横波声速为3 240m／s＝3 240×103mm／s。

在512×1／（15×106）s时间内超声波走过的声程S为：

S＝512×1×3 240×103／（15×106）＝110.6mm

发现缺陷时超声波为一去一回，而屏幕只显示单程，因此图3电子刻度最终代表的显示范围S＝55.3mm。

通过上述计算不难看出显示范围55.3mm是用512.0个像素点来表示的，那么每一个像素点所代表的长度为55.3mm／512＝0.11mm。利用计算机的软件功能，使扫描基线与电子刻度重合，即可使数字式超声波探伤仪扫描基线间接实现缺陷定位的功能。

3 数字式超声波探伤仪扫描基线的调整

3.1 调整过程

参考图4使用CSK－IA标准试块调整以横波探伤扫描基线。所用横波斜探头超声波先要在探头斜楔中走过距离a，横波探头规格型号不同a值不同，因此超声波探伤前需要调整扫描基线，使图4入射点的位置为扫描基线起点的位置。

图4 使用CSK－IA型试块调整（校准）扫描基线示意

数字式超声波探伤仪扫描基线调整时由于a值的影响，CSK－IA标准试块上R100圆弧的反射回波一般不会直接出现在扫描基线（声程S）100mm的位置，而是需要利用软件功能将反射回波移动到100mm的位置完成扫描基线调整，也就是说数字式超声波探伤仪可以使用R50或R100任意一个圆弧的反射回波就可实现扫描基线调整，这一点与模拟式超声波探伤仪是不相同的。

上述操作步骤不同版本的超声波探伤教材与标准及部分探伤人员有多种不同叫法，如扫描基线调整、扫描比例调整、扫描速度调整、距离校准等，但其最终目的只有一个，即将a值影响去掉，使入射点与扫描基线零点重合。

3.2 电子刻度如何转化为长度

当被检工件的厚度增大，显示区电子刻度显示的最大范围不足以包含所需检测的深度范围时，可以通过数字式超声波探伤仪显示范围压缩功能自动扩大电子刻度上每一刻度代表的长度，使最大显示范围大于或等于检测的深度范围。如最大显示范围是x mm，则每一刻度代表的长度变为x／512mm。

上述分析说明，数字式超声波探伤仪显示范围越小，每一电子刻度所代表的长度越小，缺陷定位越精确。

3.3 缺陷定位的实现

任何型号的数字式超声波探伤仪都具备“峰值搜索”功能，此功能有利于探伤人员找到反射回波的最高峰值（即反射回波最高点），仪器自动识别反射回波最高峰值对应的电子刻度值，并自动将电子刻度值由左侧第一个连续累加到反射回波最高峰值所对应的电子刻度值，并自动计算出缺陷在电子刻度上所处的长度值。

4 结语

分析可得，模拟式超声波探伤仪扫描基线的比例与每一水平刻度值所代表的长度值是通过人为计算与调整实现的，探伤人员需要获取其信息。

数字式超声波探伤仪扫描基线比例是通过仪器自动计算与调整实现的，而且探伤人员在不清楚数字式超声波探伤仪扫描基线比例调整的具体过程与步骤的情况下，并不影响缺陷的检出概率与定位精度。因此笔者建议在使用数字式超声波探伤仪时，工艺、报告等技术文件中保留H（深度）、L（水平）、S（声程）等扫描基线调整方法的内容，而去掉扫描基线比例的填写要求。