超声仪器原理2第三ppt课件

《超声仪器原理2第三ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《超声仪器原理2第三ppt课件（36页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、第2章 超声检测仪器原理1.探头探头2.仪器仪器2.3.1 超声探头1.压电效应压电效应2.探头种类探头种类3.探头构造探头构造4.探头参数探头参数1.压电效应n正压电效应：有些单晶和多晶陶瓷资料在应力作用下产正压电效应：有些单晶和多晶陶瓷资料在应力作用下产生应变时，晶体中就会产生极化或电场，这种效应称为生应变时，晶体中就会产生极化或电场，这种效应称为正压电效应。接纳超声波正压电效应。接纳超声波n逆压电效应：当压电晶片受发射电脉冲鼓励后产生振动，逆压电效应：当压电晶片受发射电脉冲鼓励后产生振动，即可发射声脉冲，这种效应称为逆压电效应。发出超声即可发射声脉冲，这种效应称为逆压电效应。发出超声波波

2、n本质：弹性体本质：弹性体+电介质；晶胞构造不对称电介质；晶胞构造不对称n压电资料：具有压电效应的晶体资料称为压电资料。压压电资料：具有压电效应的晶体资料称为压电资料。压电资料分为单晶和多晶两大类。压电单晶石英、硫酸电资料分为单晶和多晶两大类。压电单晶石英、硫酸锂等；压电陶瓷多晶，钛酸铅等锂等；压电陶瓷多晶，钛酸铅等压电晶体压电晶体压电晶片，晶片压电晶片，晶片n压电晶片在厚度方向做一维受迫振动，产生纵波。n纵波倾斜入射=，经折射产生横波n谐振时(此时f最高)，基频 f=CL/2l，l 为晶片厚度。2.探头种类n直探头：声线垂直入射，可发射接纳纵波n斜探头：声线倾斜入射，横波或外表波n双晶探头分

3、割探头：一个晶片发射，一个晶片接纳n以上为压电超声探头，占主流位置。另外还有电磁超声探头和激光超声探头。探头图片3.探头构造 直探头：直探头：直探头直探头(纵波探头纵波探头)直探头用直探头用于发射和接纳纵波，故又称为于发射和接纳纵波，故又称为纵波探头：直探头主要用于探纵波探头：直探头主要用于探测与探侧面平行的缺陷如板测与探侧面平行的缺陷如板材、锻件检测。直探头的构造材、锻件检测。直探头的构造如右图所示，主要由压电晶片、如右图所示，主要由压电晶片、维护膜、吸收块、电线接头和维护膜、吸收块、电线接头和外壳等部分组成。外壳等部分组成。1接头；接头；2外壳；外壳；3阻尼阻尼块；块；4电缆线；电缆线；5

4、压电晶片；压电晶片；6维护膜维护膜n斜探头n斜探头又可分为纵波斜探头，横波斜探头和外表波斜探头。这里仅引见横波斜探头。横波斜探头是利用横波检测，主要用于探测与探测面垂直或成一定角度的缺陷如焊缝检测、汽轮机叶轮检测等。n1吸声资料；2斜楔；3声阻尼；4外壳；5电缆线；6压电晶片n双晶探头n又称组合式探头，两块压电晶片装在一个探头架下，一个晶片发射，另一个晶片接纳，它们发射和接纳纵波，构造见图示。晶片下的延迟块有机玻璃或环氧树脂使声波延迟一段时间后射入工件，从而可检测近外表缺陷，减小了盲区，并可提高分辨力。两晶片之间用隔声层分开，晶片间的倾角通常为318度之间。两晶片声场的重叠部分是检测灵敏度的最

5、高区域，此区域普通呈菱形。接触法双晶直探头发射晶片发射晶片接纳晶片接纳晶片各种双晶直探头 焦距范围：540mm,频率范围：2.55MHz，钢中折射角：45 70 接触法双晶斜探头续超声波探头中的压电陶瓷芯片 将数百伏的超声电脉冲加到压电晶片上，利用逆压电效应，使晶片发射出继续时间很短的超声振动波。当超声波经被测物反射回到压电晶片时，利用压电效应，将机械振动波转换成同频率的交变电荷和电压。压电陶瓷的主要性能目的 1)介电常数：介电常数：10006000 2)压电灵敏度压电灵敏度D33：300600pC/N 3)机械质量要素机械质量要素Q：1002000 4)居里温度：居里温度：300400 C

6、5静电容：静电容：1000 100000pF与面积有关与面积有关 6频率范围：频率范围：用于超声清洗：用于超声清洗：30100KHz 用于探伤仪及流量计：用于探伤仪及流量计：2.55MHz 用于雾化器：用于雾化器：12MHz耦合剂 超声探头与被测物体接触时，探头与被测物体外表间存在一层空气薄层，空气将引起三个界面间剧烈的杂乱反射波，呵斥干扰，并呵斥很大的衰减。为此，必需将接触面之间的空气排斥掉，使超声波能顺利地入射到被测介质中。在工业中，经常运用一种称为耦合剂的液体物质，使之充溢在接触层中，起到传送超声波的作用。常用的耦合剂有自来水、机油、甘油、水玻璃、胶水、化学浆糊等。4.探头参数n探头型号

7、的组成工程及陈列顺序探头型号的组成工程及陈列顺序n根本频率：用阿拉伯数字表示，单位为根本频率：用阿拉伯数字表示，单位为MHz。n晶片资料：用化学元素缩写符号表示，见表。晶片资料：用化学元素缩写符号表示，见表。n晶片尺寸：用阿拉伯数字表示，单位为晶片尺寸：用阿拉伯数字表示，单位为mm，其中，圆晶片用直径，其中，圆晶片用直径表示，方晶片用长表示，方晶片用长X宽表示，分割探头晶片用分割前的尺寸表示。宽表示，分割探头晶片用分割前的尺寸表示。n探头种类：用汉语拼音缩写字母表示，直探头也可不标出。探头种类：用汉语拼音缩写字母表示，直探头也可不标出。n探头特征：斜探头钢中折射角正切值探头特征：斜探头钢中折射

8、角正切值(K值值)用阿拉伯数字表示。钢用阿拉伯数字表示。钢中折射角用阿拉伯数字表小，单位为度，分割探头钢中声束交区深中折射角用阿拉伯数字表小，单位为度，分割探头钢中声束交区深度用阿拉伯数字表示，度用阿拉伯数字表示，单化为单化为mm，水浸探头水中焦距用阿拉伯，水浸探头水中焦距用阿拉伯数字表示，单位为数字表示，单位为mm。DJ表示点聚焦，表示点聚焦，XJ表示线聚焦。表示线聚焦。根本频率晶片资料晶片尺寸探头种类特征压电资料代号锆钛酸铅陶瓷P钛酸钡陶瓷B钛酸铅陶瓷T铌酸锂单晶L碘酸锂单晶I石英单晶Q其它压电资料N晶片资料代号种类代号直探头Z斜探头用K值表示K斜探头用折射角表示X分割探头FG水浸探头SJ

9、外表波探头BM可变角探头KB探头种类代号4.探头参数n直探头：频率-资料-直径。例：2.5B20，5N14n斜探头横波：频率-资料-长宽-角度或K值K=tg ，例：5P86K1.52.3.2 超声仪器1.种类种类2.原理框图原理框图3.电路参数电路参数4.任务过程任务过程5.数字型仪器数字型仪器1.超声仪器种类超声仪器种类n用途：探伤仪；检测仪声速，厚度等n按信号类型分类：模拟信号检测仪，即常规超声检测仪，显示器显示模拟波形，具有显示迅速、细腻、真实的特点；数字信号检测仪，以常规超声检测仪为根底，加上模数转换及存储器，具有存储、显示和打印输出缺陷的当量值和位置等参数的功能，另外可实时得到缺陷的

10、当量和位置等主要信息，而且为数字信号处置奠定了良好的根底。n通道数：单通道；多通道,前者仪器由一个或一对探头单独任务；后者仪器那么是由多个或多对探头交替任务，适用于自动化探伤n缺陷显示方式：A型，B型，C型nA型：显示声轴上的回波脉冲nB型：显示声轴扫描的纵剖面平面图像nC型：显示声轴扫描的横截面平面图像A型,B型,C型表示图2.A型仪器原理框图 A型脉冲反射式超声波探伤仪电路框图型脉冲反射式超声波探伤仪电路框图 六大块：发射电路六大块：发射电路 电源电路电源电路 接纳电路接纳电路 同步电路同步电路 扫描电路扫描电路 显示电路显示电路 要点：发射接纳一条路；纵横两路要同步；纵接纳，横扫描要点：

11、发射接纳一条路；纵横两路要同步；纵接纳，横扫描A型仪器图片3.电路参数n探头：超声频率探头：超声频率n发射电路：发射强度发射电路：发射强度n接纳电路：衰减大；增益小；检波；接纳电路：衰减大；增益小；检波；抑制抑制n同步电路：反复频率触发，发射，扫同步电路：反复频率触发，发射，扫描描n扫描电路：扫描速度；扫描延迟扫描电路：扫描速度；扫描延迟n显示电路：聚焦，亮度显示电路：聚焦，亮度超声波脉冲参数表示图n探伤仪接通电源后，同步电路产生的触发脉冲同时加至扫描电路和发射电路。扫描电路受触发开场任务产生锯齿波扫描电压，加至示波管程度(x轴)偏转板，使电子束发生程度偏转，在示波屏上产生一条程度扫描线(又称

12、时间基线)。与此同时，发射电路受触发产生高频窄脉冲加至探头，鼓励压电晶片振动，在工件中产生超声波。超声波在工件中传播遇到缺陷和底面发生反射，回波为同一探头或接纳探头所接纳并被转变为电信号，经接纳电路放大和检波，加至示波管垂直(Y轴)偏转板上，使电子束发生垂直偏转，在程度扫描线的相应位置上产生缺陷波F、底波B。nA型显示脉冲反射法超声波探伤目前运用最广，其主要特点是示波屏上纵座标代表反射波的振幅，横坐标代表超声波的传播时间。4.任务过程,原理4.任务过程,原理n同步电路产生脉冲同时触发以下两路：同步电路产生脉冲同时触发以下两路：n(1)发射电路产生高电压发射电路产生高电压激发超声波激发超声波向向

13、试件内传播试件内传播遇缺陷或底面前往遇缺陷或底面前往接纳超声接纳超声波波衰减放大检波衰减放大检波电子束垂直偏转电子束垂直偏转n(2)扫描电路产生线性上升电压扫描电路产生线性上升电压电子束程电子束程度偏转度偏转n快速反复上述过程，构成稳定显示快速反复上述过程，构成稳定显示n超声波往返时间电子束扫描时间超声波往返时间电子束扫描时间nt电=t声；显示一次底面回波B1nt电=2t声；显示二次底面回波B2nt电 t电 t同同步周期，对应反复频率n如何调理如何调理t电扫描速度？电扫描速度？n调理调理深度范围深度范围旋钮！旋钮！n如何调理如何调理t同对应反复频率？同对应反复频率？n靠靠深度范围深度范围旋钮在

14、仪器内部联调旋钮在仪器内部联调5.数字型仪器q模拟式仪器的主要问题模拟式仪器的主要问题 q数字化的实现数字化的实现 q数字化仪器的特点数字化仪器的特点 模拟式仪器的主要问题n不能记忆显示，不能存储波形不能记忆显示，不能存储波形n没有运算功能没有运算功能n功能简单功能简单n目的难以再提高目的难以再提高 数字化的实现n模数转换器模数转换器A/DA/D：关键器件；速度要：关键器件；速度要大于大于100MHz100MHz，分辨率普通，分辨率普通8 8位。位。n微处置器单片机：中心器件；微处置器单片机：中心器件；1616位，位，完成数据分析处置完成数据分析处置n存储器：大容量存储器：大容量FLASHFL

15、ASH，存储数据、波形，存储数据、波形 数字化仪器的特点检测速度快：自动设置、计算、记录检测速度快：自动设置、计算、记录检测精度高：提高检测精度高：提高1 1倍左右倍左右信号分析、方式识别、专家系统缺陷定性信号分析、方式识别、专家系统缺陷定性显示显示DAC(DAC(间隔间隔-波幅波幅)曲线，显示波形包络曲线，显示波形包络记录、存档、打印报告记录、存档、打印报告操作提示、微机通讯操作提示、微机通讯手动手动B B扫描，显示焊缝截面扫描，显示焊缝截面 数字型仪器图片习题2.2n221.PZT-4的纵波声速为4000m/s，假设制造频率2.5MHz的晶片，厚度？n222.设发射脉冲宽度为2s，计算纵波在钢中的探测盲区C5900m/s。n223.屏上显示二次底波，画出超声波传播和电子束运动的“分解动作表示图。