超声探伤仪检定原理的浅析

【摘要】 文章阐述了模拟超声探伤仪结构、原理及JJG 746-2004《超声探伤仪》检定规程中的检定项目对应超声探伤仪结构组成原理。

【关键词】 超声探伤仪;探伤原理;探头

【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2020.05.023

Analysis of Verification Principle of Ultrasonic Flaw Detector

SUN Su-juan

（Anshan Inspection，Examination & Certification Centre，Anshan 114034，China）

Abstract： This paper describes the structure and principle of analog ultrasonic flaw detector and the structural composition principle of ultrasonic flaw detector corresponding to the verification items in JJG 746-2004 Ultrasonic Flaw Detectors.

Key words： ultrasonic flaw detector;flaw detection principle;probe

随着现代集成电路及软件的快速发展，数字超声探伤仪得到迅速发展及广泛应用，数字超声探伤仪是基于模拟超声探伤仪探伤原理的基础上发展起来的，模拟超声探伤仪将探伤结果以模拟信号方式显示在显示器上，数字超声探伤仪将探伤结果经过模数转换、数字滤波、数字整流、数据压缩变成数字信号交由电脑处理后在显示器上显示。二者有很大的不同，但对试件探伤的原理还是相同的。做为计量检定人员对模拟超声探伤仪检定原理的理解对今后从事数字超声探伤仪计量工作会有所帮助。

1 A型脉冲反射式超声探伤仪探伤过程

JJG 746-2004《超声探伤仪》检定规程适用于模拟超声探伤仪，在下文叙述中超声探伤仪指的是模拟超声探伤仪，A型脉冲反射式超声探伤仪电路方框图如图1所示。

同步电路产生触发脉冲同时加至扫描电路和发射电路，扫描电路受触发开始工作，产生锯齿波扫描电压，加至显示屏水平偏转板上，在显示器上产生一条水平扫描线。发射电路受触发产生高频窄脉冲，加至探头，激励压电晶片振动，在工件中产生超声波。超声波在工件中传播，遇缺陷或底面发生发射，返回探头时又被压电晶片转变为电信号，经接收电路放大和检波，加至示波管垂直偏转板上。在水平扫描线的相应位置上产生缺陷波和底波。根据缺陷波的位置可以确定缺陷的埋藏深度，根据缺陷波的幅度可以估算缺陷当量的大小。

2 超声探伤仪性能的检定

超声探伤仪性能是指仅与仪器有关的性能，依据JJG 746-2004《超声探伤仪检定规程》的要求，可对超声探伤仪的水平线性、衰减器误差、垂直线性、动态范围、电噪声电平、最大使用灵敏度等性能指标进行校准。

2.1 水平线性

水平线性是指探伤仪水平扫描线扫描速度的均匀程度。水平线性影响缺陷定位的准确性，影响水平线性的主要因素是扫描电路和显示电路。

缺陷所产生的反射波信号电压从几百微伏到几伏，而示波管全调制所需电压几百伏，所以接收放大电路必须具有约105的放大能力，通常超声探伤仪的电压放大倍数用公式（1）表示：

[Kv=20lgU出U入] （1）

式中：[Kv]——電压放大倍数，dB;[U出]——放大器的输出电压，V;[U入]——放大器的输入电压，V。

探伤仪电压放大倍数应达到80～100 dB左右。探伤仪面板上可调增益旋钮用于调节放大倍数。与增益相对应的是衰减，一般探伤仪总衰减量80左右。检定规程要求衰减器衰减总量不小于60。

衰减器的作用是调节探伤灵敏度和测量反射波振幅，衰减大，幅度低的反射波在显示器上看不到，探伤灵敏度降低;反之，探伤灵敏度提高。衰减器误差越小，缺陷探测的可靠性和缺陷定量的准确性越高。影响衰减器的主要因素是接收电路放大。

2.2 垂直线性

垂直线性即放大线性或幅度线性，是指反射波高度与输入信号电压成正比关系的程度。理论上JJG 746-2004《超声探伤仪》检定规程中表2波形幅度与衰减量对应表转换为时坐标图应为一条直线。垂直线性差，反射波高度与输入信号电压不成正比，坐标图不为一条直线。用波高确定缺陷当量就会产生误差。影响垂直线性的主要因素是接收放大电路。

2.3 动态范围

动态范围是探伤仪荧光屏上反射波幅度从垂直刻度100%降至刚能辨认之最小值时衰减器的变化范围。动态范围大，探伤灵敏度高。影响动态范围的主要因素是接收电路放大。

2.4 探伤仪使用灵敏度

探伤仪使用灵敏度是在探伤仪灵敏度达最高时（增益、扫描范围最大，衰减和抑制为0），探伤仪发现最小缺陷的能力。最小缺陷的信号幅值要比电噪声电平高6 dB。超声探伤仪检定装置输出脉冲信号，使探伤仪显示屏上显示的高频信号的峰-峰值比电噪声电平高6 dB，用示波器测量高频信号峰-峰值电压，该电压值就是该频率下探伤仪的使用灵敏度。为使高频信号峰-峰值电压幅值比电噪声电平高6 dB，超声探伤仪检定装置的衰减器衰减已调最大，还需借用探伤仪衰减器衰减，总衰减值为二者之和。用公式（2）进一步说明

[Δ=20lgU1U2]

式中：[Δ]——总衰减值，dB;[U1]——示波器测量高频信号峰-峰值电压，mV;[U2]——探伤仪接收系统最大使用灵敏度，μV。

最大使用灵敏度是指探伤仪灵敏度达最高时，输入给探伤仪最小的脉冲调制高频信号峰-峰值电压。

3 超声探伤仪和探头组合性能的检定

JJG 746-2004《超声探伤仪》检定规程中探伤灵敏度余量、扫描范围、分辨力的检定是对超声探伤仪和探头组合性能进行检定

3.1 探伤灵敏度余量

探伤灵敏度余量与探伤仪和探头综合性能有关，因此又叫探伤仪和探头的组合灵敏度。探伤灵敏度余量是指探伤仪灵敏度达最高时，发现最小缺陷的能力。探伤灵敏度余量大，组合灵敏度高;反之，组合灵敏度低。影响探伤灵敏度余量的主要因素是接收电路放大、探头特性、探测频率、反射体深度和尺寸。

3.2 扫描范围

扫描范围与探伤仪和探头综合性能有关，扫描范围大，可探伤的试件尺寸就越大。扫描范围与扫描电路、发射电路、接收放大电路、探头有关。

3.3 分辨力

分辨力是指能够把两个相邻缺陷（距探头不同距离）作为两个反射信号区别出来的能力。分辨力有纵向分辨力和横向分辨力，检定规程规定的是纵向分辨力。影响分辨力的主要因素是发射强度、探头特性、回波宽度等。

【参考文献】

[1] 卢秋分.超声探伤仪检定方法探讨[J].科技经济导刊，2017（21）：108.

[2] 杨宁.关于超声波探伤仪计量检定的探讨[J].机械，2011（S1）：139-140+154.

[3] 汪仁钧.浅谈超声无损检测的应用[J].化学工程与装备，2010（4）：122-123.

【作者简介】

孙素娟（1965-），女，高级工程师，学士，研究方向为计量技术。