高等學校電工電子實驗系列
電工電子實驗中心
實驗指導書
無損測試技術實驗指導書
主編索緒洲
攀枝花學院電氣資訊工程學院
電工電子實驗中心
二○一三年九月
一、實驗目的
1．了解a型超聲波探傷儀的簡單工作原理。
2．掌握a型超聲波探傷儀的使用方法。
3．掌握水平線性、垂直線性和動態範圍等主要效能的測試方法。
4．掌握盲區、分辨力和靈敏度餘量等綜合性能的測試方法。
二、超聲波探傷儀的工作原理
目前在實際探傷中，廣泛應用的是a型脈衝反射式超聲波探傷儀。這種儀器螢光屏橫座標表示超聲波在工件中傳播時間(或傳播距離)，縱座標表示反射回波波高。根據螢光屏上缺陷波的位置和高度可以判定缺陷的位置和大小。
a型脈衝超聲波探傷儀的型號規格較多，線路各異，但它們的基本電路大體相同。
下面以cts-22型探傷儀為例說明a型脈衝超聲波探傷儀的基本電路。
cts-22型超聲探傷儀主要由同步電路、發射電路、接收放大電路、時基電路(又稱掃瞄電路)、顯示電路和電源電路組成，如圖1.1所示。
圖1.1 a型超聲波探傷儀電路方框圖
各電路的主要功能如下：
(1)同步電路：產生一系列同步脈衝訊號，用以控制整台儀器各電路按統一步調進行工作
(2)發射電路：在同步脈衝訊號觸發下，產生高頻電脈衝，用以激勵探頭發射超聲波。
(3)接收放大電路：將探頭接收到的訊號放大檢波後加於示波管垂直偏轉板上。
(4)時基電路：在同步脈衝訊號觸發下，產生鋸齒波加於示波管水平偏轉板上形成時基線。
(5)顯示電路：顯示時基線與探傷波形。
(6)電源電路：供給儀器各部分所需要的電壓。
在實際探傷過程中，各電路按統一步調協調工作。當電路接通以後，同步電路產生同步脈衝訊號，同時觸發發射電路和時基電路。發射電路被觸發以後產生高頻電脈衝作用於探頭，通過探頭中壓電晶元的逆壓電效應將電訊號轉換為聲訊號發射超聲波。
超聲波在傳播過程中遇到異質介面(缺陷或底面)反射回來被探頭接收，通過探頭的正壓電效壓將聲訊號轉換為電訊號送至放大電路被放大檢波，然後加到示波管垂直偏轉板上，形成重迭的缺陷波f和底波b。時基電路被觸發以後產生鋸齒波，加到示波管水平偏轉板上，形成一條時基掃瞄亮線，並將缺陷波f和底波b按時間展開，從而獲得回波圖形。
三、儀器的主要效能
儀器效能僅與儀器有關。儀器主要效能有水平線性、垂直線性和動態範圍。
1.水平線性
儀器螢光屏上時基線水平刻度值與實際聲程成正比的程度，稱為儀器的水平線性或時基線性。水平線性主要取決於掃瞄鋸齒波的線性。儀器水平線性的好壞直接影響測距精度，進而影響缺陷定位。
2.垂直線性
儀器螢光屏上的波高與輸入訊號幅度成正比的程度稱為垂直線性或放大線性。垂直線性主要取決於放大器的效能。垂直線性的好壞影響應用面板曲線對缺陷定量的精度。
3.動態範圍
儀器的動態範圍是指反射訊號從垂直極限衰減到消失時所需的衰減量，也就是儀器螢光屏容納訊號的能力。
四、儀器與探頭的主要綜合性能
儀器與探頭的綜合性能不僅與儀器有關，而且與探頭有關。主愛綜合性能有盲區、分辨力、靈敏度餘量等。
1.盲區
從探測面到能發現缺陷的最小距離，稱為盲區。盲區內缺陷一概不能發現。盲區與放大器的阻塞時間和始脈衝寬度有關，阻塞時間長，始脈衝寬，盲區大。
2.分辨力
在螢光屏上區分距離不同的相鄰兩缺陷的能力稱為分辮力。能區分的兩缺陷的距離愈小，分辨力就愈高。分辨力與脈衝寬度有關，脈衝寬度小，分辨力高。
3.靈敏度餘量
靈敏度餘量是指儀器與探頭組合後，在一定的探測範圍內發現微小缺陷的能力。具體指從乙個規定測距孔徑的人工試塊上獲得規定波高時儀器所保留的db數高，說明靈敏度餘量高。
五、實驗用品
1.儀器cts-22、cts-26、cts-8008、cts-9009等。
2.探頭：2.5p20z、2.5p10、2.5p14等。
3．試塊：iiw、csk—ia、200/φ1平底孔試塊等。
4．耦合劑：機油。
5．其他：壓塊、座標紙等。
六、實驗內容與步驟
1．水平線性的測試
(1)調有關旋鈕使時基線清晰明亮，並與水平刻度線重合。
(2)將探頭通過耦合劑置於csk—ia或iiw試塊上，如圖1.2a處。
(3)調[微調]、[水平]或[脈衝移位]等旋鈕，使螢光屏上出現五次底波b1～b5，且使b1、b5前沿分別對準水平刻度值2.0和10.0，如圖1.3。
圖1.2 水平垂直線性測試圖1.3 水平線性測試波形
(4)觀察記錄b2、b3、b4與水平刻度值4.0、6.0、8.0的偏差值a2、a3、a4。
(5)計算水平線性誤差：
（1.1）
式中 amαχ——a2、a3、a4中最大者；
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