原標(biāo)題：超聲波探傷儀原理

超聲波探傷儀是一種利用超聲波在材料中傳播的特性來(lái)檢測(cè)材料內(nèi)部缺陷的無(wú)損檢測(cè)設(shè)備，在工業(yè)生產(chǎn)、質(zhì)量檢測(cè)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。以下從超聲波特性、儀器組成、工作原理、缺陷檢測(cè)與顯示等方面詳細(xì)介紹其原理：

超聲波特性基礎(chǔ)

超聲波是頻率高于 20000Hz 的聲波，具有以下特性，使其適用于探傷檢測(cè)：

• 方向性好：超聲波的波長(zhǎng)較短，能像光線一樣沿直線傳播，且能量集中，可定向發(fā)射到被檢測(cè)材料內(nèi)部，便于精確探測(cè)缺陷位置。例如，在金屬板材檢測(cè)中，能準(zhǔn)確地將超聲波聚焦到特定區(qū)域。

• 穿透能力強(qiáng)：對(duì)于大多數(shù)固體材料，超聲波具有較強(qiáng)的穿透能力，可深入材料內(nèi)部進(jìn)行檢測(cè)。比如，能穿透數(shù)米厚的鋼材，檢測(cè)其內(nèi)部是否存在缺陷。

• 能量高：超聲波在傳播過(guò)程中攜帶較高的能量，當(dāng)遇到缺陷界面時(shí)，會(huì)發(fā)生反射、折射和散射等現(xiàn)象，通過(guò)檢測(cè)這些現(xiàn)象產(chǎn)生的信號(hào)變化，就能判斷缺陷的存在和特征。

儀器組成

超聲波探傷儀主要由同步電路、發(fā)射電路、接收電路、掃描發(fā)生器、顯示器和電源等部分組成。

• 同步電路：如同樂(lè)隊(duì)的指揮，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)發(fā)射電路和掃描發(fā)生器的工作節(jié)奏，確保它們按照預(yù)定的時(shí)序運(yùn)行。它產(chǎn)生同步脈沖信號(hào)，分別觸發(fā)發(fā)射電路和掃描發(fā)生器開(kāi)始工作。

• 發(fā)射電路：相當(dāng)于超聲波的“發(fā)射器”，在同步脈沖的觸發(fā)下，產(chǎn)生高頻電脈沖，激勵(lì)探頭中的壓電晶片振動(dòng)，從而產(chǎn)生超聲波。

• 接收電路：是超聲波信號(hào)的“接收站”，負(fù)責(zé)接收探頭從被檢材料中反射回來(lái)的超聲波信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，進(jìn)行放大、濾波等處理，以提高信號(hào)的質(zhì)量和可檢測(cè)性。

• 掃描發(fā)生器：產(chǎn)生鋸齒波電壓，控制顯示器上電子束的水平偏轉(zhuǎn)，使超聲波信號(hào)在顯示器上按時(shí)序展開(kāi)，形成波形顯示。

• 顯示器：通常采用陰極射線管（CRT）或液晶顯示屏（LCD），將接收電路處理后的電信號(hào)以波形的形式顯示出來(lái)，操作人員可以通過(guò)觀察波形來(lái)判斷材料內(nèi)部是否存在缺陷。

• 電源：為整個(gè)儀器提供穩(wěn)定的電能，保證各部分電路正常工作。

工作原理

• 超聲波發(fā)射：同步電路產(chǎn)生同步脈沖，觸發(fā)發(fā)射電路工作。發(fā)射電路產(chǎn)生的高頻電脈沖加到探頭的壓電晶片上，壓電晶片在電脈沖的作用下發(fā)生逆壓電效應(yīng)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，產(chǎn)生超聲波。這些超聲波以一定的角度和能量向被檢材料中傳播。

• 超聲波傳播與缺陷相互作用：超聲波在被檢材料中傳播時(shí)，如果材料內(nèi)部沒(méi)有缺陷，超聲波會(huì)按照直線傳播，并在材料的底面發(fā)生反射；如果材料內(nèi)部存在缺陷（如裂紋、氣孔、夾渣等），超聲波會(huì)在缺陷界面處發(fā)生反射、折射和散射。部分超聲波會(huì)被反射回探頭，反射波的強(qiáng)度、傳播時(shí)間等特性會(huì)因缺陷的性質(zhì)、大小和位置而發(fā)生變化。

• 超聲波接收與信號(hào)處理：反射回來(lái)的超聲波作用于探頭的壓電晶片上，使其發(fā)生正壓電效應(yīng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，產(chǎn)生電信號(hào)。接收電路對(duì)這個(gè)電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波等處理，去除噪聲和干擾，提高信號(hào)的信噪比。

• 信號(hào)顯示與分析：處理后的電信號(hào)被送到掃描發(fā)生器和顯示器。掃描發(fā)生器產(chǎn)生的鋸齒波電壓控制電子束在水平方向上掃描，而電信號(hào)的幅度控制電子束在垂直方向上的偏轉(zhuǎn)，從而在顯示器上形成超聲波的波形。操作人員通過(guò)觀察波形的形狀、幅度、位置等特征，結(jié)合已知的材料特性和缺陷特征，判斷材料內(nèi)部是否存在缺陷以及缺陷的類型、大小和位置。

缺陷檢測(cè)與顯示

• 缺陷判斷依據(jù)

• 回波高度：回波幅度越高，通常表示缺陷的反射面積越大或缺陷與超聲波的耦合效果越好。例如，在檢測(cè)金屬焊縫時(shí)，較大的氣孔或夾渣缺陷可能會(huì)產(chǎn)生較高的回波。

• 回波位置：根據(jù)超聲波在材料中的傳播速度和回波出現(xiàn)的時(shí)間，可以計(jì)算出缺陷的位置。例如，已知超聲波在鋼材中的傳播速度，通過(guò)測(cè)量回波從發(fā)射到接收的時(shí)間，就能確定缺陷距離探頭表面的距離。

• 回波形狀：不同類型的缺陷可能會(huì)產(chǎn)生不同形狀的回波。比如，裂紋缺陷產(chǎn)生的回波可能比較尖銳，而氣孔缺陷產(chǎn)生的回波可能相對(duì)圓潤(rùn)。

• 顯示方式

• A 型顯示：是最常用的一種顯示方式，橫坐標(biāo)表示超聲波的傳播時(shí)間（或距離），縱坐標(biāo)表示反射回波的幅度。通過(guò)觀察 A 型顯示波形，可以直觀地了解缺陷的位置和大小信息。

• B 型顯示：以水平坐標(biāo)表示探頭在被檢材料表面的移動(dòng)位置，垂直坐標(biāo)表示超聲波的傳播深度，亮度或顏色表示反射回波的幅度。B 型顯示可以形成被檢材料的截面圖像，更直觀地顯示缺陷的分布情況。

• C 型顯示：顯示的是被檢材料表面的平面投影圖像，橫、縱坐標(biāo)分別表示探頭在被檢材料表面的兩個(gè)垂直方向的移動(dòng)位置，亮度或顏色表示反射回波的幅度。C 型顯示適用于檢測(cè)表面或近表面的缺陷。