第三章? 仪器、探头和试块
??? By adan
超声波探伤仪、探头和试块是超声波探伤的重要设备。了解这些设备的原理、构造和作用及其主要性能的测试方法是正确选择探伤设备进行有效探伤的保证。
第一节? 超声波探伤仪
一、超声波探伤仪概述
1.仪器的作用
超声波探伤仪是超声波探伤的主体设备，它的作用是产生电振荡并加于换能器(探头)上，激励探头发射超声波，同时将探头送回的电信号进行放大，通过一定方式显示出来，从而得到被探工件内部有无缺陷及缺陷位置和大小等信息。
??? 2.仪器的分类
超声仪器分为超声检测仪器和超声处理(或加工)仪器，超声波探伤仪属于超声检测仪嚣。超声波探伤技术在现代工业中的应用日益广泛，由于探测对象、探测目的、探测场合、探测速度等方面的要求不同，因而有各种不同设计的超声波探伤仪，常见的有以下几种。
??? (1)按超声波的连续性分类
??? ①脉冲波探伤仪：这种仪器通过探头向工件周期性地发射不连续且频率不变的超声波，根据超声波的传播时间及幅度判断工件中缺陷位置和大小，这是目前使用最广泛的探伤仪。
??? ②连续波探伤仪：这种仪器通过探头向工件中发射连续且频率不变(或在小范围内周期性变化)的超声波，根据透过工件的超声波强度变化判断工件中有无缺陷及缺陷大小。这种仪器灵敏度低，且不能确定缺陷位置，因而已大多被脉冲波探伤仪所代替，但在超声显像及超声共振测厚等方面仍有应用。
??? ③调频波探伤仪：这种仪器通过探头向工件中发射连续的频率周期性变化的超声波，根据发射波与反射波的差频变化情况判断工件中有无缺陷。以往的调频式路探伤仪便采用这种
原理。但由于只适宜检查与探测面平行的缺陷，所以这种仪器也大多被脉冲波探伤仪所代替。
??? (2)按缺陷显示方式分类
??? ①A型显示探伤仪：A型显示是一种波形显示，探伤仪荧光屏的横坐标代表声波的传播
时间(或距离)，纵坐标代表反射波的幅度。由反射波的位置可以确定缺陷位置，由反射波的幅度可以估算缺陷大小。
??? ②B型显示探伤仪：B型显示是一种图象显示，探伤仪荧光屏的横坐标是靠机械扫描来代表探头的扫查轨迹，缴坐标是靠电子扫描来代表声波的传播时间(或距离)，因而可只管地显示出被探工件任一纵截面上缺陷的分布及缺陷的深度。
??? ③C型显示探伤仪：C塑显示也是一种图象显示，探伤仪荧光屏的横坐标和纵坐标都是靠机械扫描来代表探头在工件表面的位置。探头接收信号幅度以光点辉度表示，因而，当探头在工件表面移动时，荧光屏上便显示出工件内部缺陷的平面图象，但不能显示缺陷的深度。
A型、B型、C型三种显示分别如图3.1所示。
(3)按超声波的通道分类
①单通道探伤仪：这种仪器由一个或一对探头单独工作，是目前超声波探伤中应用最厂泛的仪器。
②多通道探伤仪；这种仪器由多个或多对探头交替工作，每一通道相当于一台单通道探伤仪，适用于自动化探伤。
目前，探伤中广泛使用的超声波探伤仪，如CTS--22、CTS--26等都是A型显示脉冲反射式探伤仪。
二、A型脉冲反射式超声波探伤仪的一般工作原理
1.仪器电路方框图
方框电路图是把仪器每一部分用一方框来表示，各方框之间用线条连起来，表示各部分之间的关系。方框图只能说明仪器的大致结构和工作原理，看不出电路的详细连接方法，也看不出元件的具体位置。
A型脉冲反射式超声波探伤仪相当一种专用示波器、尽管型号、外形、体积和功能各不相同，但它们的基本结构和原理都是大问小异的。概括地讲，各种探伤仪都由以下几个主要部分组成：同步电路、扫描电路、发射电路、接收电路、显示电路和电源电路等。电路方框图如图3.2所示。
2.仪器主要组成部分的作用
(1)同步电路：同步电路又称触发电路，它每秒钟产生数十至数干个脉冲，用来触发探伤仪扫描电路、发射电路等，使之步调一致、有条不紊地工作。因此，同步电路是整个探伤仪的“中枢”，同步电路出了故障，整个探伤仪便无法工作。
(2)扫描电路：扫描电路又称时基电路，用来产生锯齿波电压，加在示波管水平偏转板上，使示波管荧光屏上的光点沿水平方向作等速移动，产生一条水平扫描时基线。探伤仪面板上的深度粗调、微调、扫描延迟旋钮都是扫描电路的控制旋钮。探伤时，应根据被探工件的探测深度范围选择适当的深度档级．并配合微调旋钮调整，使刻度板水平轴上每一格代表一定的距离。扫描电路的方框图及其波形见图3.3。
(3)发射电路：发射电路利用闸流管或可控硅的开关特性，产生几百伏至上千伏的电脉冲。电脉冲加于发射探头，激励压电晶片振动，使之发射超声波，可控硅发射电路的典型电路如图3.4所示。
发射电路中的电阻Ro称为阻尼电阻，用发射强度旋钮可改变Ro的阻值。阻值大发射强度高，阻值小发射强度低，因Ro与探头并联，改变Ro同时也改变了探头电阻尼大小，即影响探头的分辨力。
(4)接收电路：接收电路由衰减器、射频放大器、检波器和视频放大器等组成。它将来自探头的电信号进行放大、检波，最后加至示波管的垂直偏转板上，并在荧光屏上显示。由于接收的电信号非常微弱，通常只有数百微伏到数伏，而示波管全调制所需电压要几百伏，所以接收电路必须具有约105的放大能力。
接收电路的性能对探伤仪性能影响极大，它直接影响到探伤仪的垂直线性、动态范围伤灵敏度、分辨力等重要技术指标。
接收电路的方框图及其波形如图3.5所示。由大小不等的缺陷所产生的回波信号电压大
约有几百微伏到几伏，为了使变化范围如此大的缺陷回波在放大器内得到正常的放大，并能在示波管荧光屏的有效观察范围内正常显示，可使用衰减器改变输入到某级放大器信号的电平。一般把放大器的电压放大倍数用分贝来表示：?? 
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式中Kv为电压放大倍数的分贝值，U出为放大器的输出电压，Uλ为放大器的输入电压。一般探伤仪的电压放大倍数可达104～105倍，相当于80～00dB。?? 
探伤仪面板上的增益、衰减器、抑制等旋钮是放大电路的控制旋钮。增益旋钮用来改变放大器的增益，增益数值大，探伤灵敏度高。衰减器旋钮用来改变衰减器的衰减量。一般说来，衰减读数大，灵敏度低。但是，有的探伤仪为了使用时读数方便统一起见，衰减器读数按增益方式标出，在这种情况下，衰减读数大，灵敏度高。抑制旋钮的作用是抑制草状杂波。但应注意，使用抑制时，仪器的垂直线性和动态范围均会下降。
??? (5)显示电路：显示电路主要由示波管及外围电路组成。
示波管用来显示探伤图形，示波管由电子枪、偏转系统和荧光屏等三部分组成，其基本结构如图3.6所示。?? 
电子枪发射的聚束电子以很高的速度轰击荧光屏时，使荧光物质发光，在荧光屏上形成亮点。扫描电路的扫描电压稀接收电路的信号电压分别加至水平偏转板和垂直偏转板，使电子束发生偏转，因而亮点就在荧光屏上移多动，描出探伤图形。由于扫描速度非常快，肉眼看上去就好象是静止的图象。??? 
(6)电源：电源的作用是给探伤仪各部分电路提供适当的电能，使整机电路工作。标准探伤仪一般用220伏或110伏交流市电，探伤仪内部有供各部分电路使用的变压、整流及稳压电路。携带式探伤仪多用蓄电池供电，用充电池供电给蓄电池充电。
除上述基本组成部分之外，探伤仪还有各种辅助
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