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超聲波探傷儀的工作原理:

下面我們將以CTS-22型模擬儀為例,介紹A型脈沖反射式超聲波探傷儀的特點、結構和技術指標等。

儀器電路方框圖

A型脈沖反射式超聲波探傷儀一般電路方框圖如圖所示:

由圖3.2可以看出,超聲波探傷儀由以下幾個主要部分組成:同步電路、掃描電路、發射電路接收電路、顯示電路和電源電路等。A型脈沖反射式超聲波探傷儀相當于一種專用示波器,盡管人們使用的探傷儀的型號、外形、體積和功能各不相同,但它們的基本結構和原理都是大同小異的。

(2)儀器主要組成部分的作用

①同步電路:同步電路又稱觸發電路,它每秒鐘產生數十至數千個脈沖,用來觸發探傷儀掃描電路、發射電路等,使之步調一一致、有條不紊地工作。因此,同步電路是整個探傷儀的“中樞”,同步電路出了故障,整個探傷儀便無法工作。

②掃描電路:掃描電路又稱時基電路,用來產生鋸齒波電壓,加在示波管水平偏轉板上,使示波管熒光屏上的光點沿水平方向作等速移動,產生一條水平掃描時基線。探傷儀面板上的深度粗調、微調、掃描延遲旋鈕都是掃描電路的控制旋鈕。探傷時,應根據被探工件的探測深度范圍選擇適當的深度檔級并配合微調旋鈕調整,使刻度板水平軸上每一格代表定的距離。掃描電路的方框圖及其波形見3.3。

③發射電路:發射電路利用明流管或可控硅的開關特性,產生幾百伏至上F伏的電脈沖。電脈沖加于發射探頭,激勵壓電品片振動,使之發射超聲波,可控硅發射電路的典型電路如圖3.4所示。

發射電路中的電阻Ro稱為阻尼電阻,用發射強度旋鈕可改變Ro的阻值。阻值大發射強度高,阻值

小發射強度低,因Ro與探頭并聯,改變Ro同時也改變了探頭電阻尼大小,即影響探頭的分辨力。

④接收電路:接收電路由衰減器、射頻放大器、檢波器和視頻放大器等組成。它將來自探頭的電信號進行放大、檢波,最后加至示波管的垂直偏轉板上,并在熒光屏上顯示。由于接收的電信號非常微弱,通常只有數百微伏到數伏,而示波管全調制所需電壓要幾百伏,所以接收電路必須具有約10的放大能力。

接收電路的性能對探傷儀性能影響極大,它直接影響到探傷儀的垂直線性、動態范圍、靈敏度、分辨力等重要技術指標。

③發射電路:發射電路利用明流管或可控硅的開關特性,產生幾百伏至上F伏的電脈沖。電脈沖加于發射探頭,激勵壓電品片振動,使之發射超聲波,可控硅發射電路的典型電路如圖3.4所示。

發射電路中的電阻Ro稱為阻尼電阻,用發射強度旋鈕可改變Ro的阻值。阻值大發射強度高,阻值小發射強度低,因Ro與探頭并聯,改變Ro同時也改變了探頭電阻尼大小,即影響探頭的分辨力。

④接收電路:接收電路由衰減器、射頻放大器、檢波器和視頻放大器等組成。它將來自探頭的電信號進行放大、檢波,最后加至示波管的垂直偏轉板上,并在熒光屏上顯示。由于接收的電信號非常微弱,通常只有數百微伏到數伏,而示波管全調制所需電壓要幾百伏,所以接收電路必須具有約10的放大能力。

接收電路的性能對探傷儀性能影響極大,它直接影響到探傷儀的垂直線性、動態范圍、靈敏度、分辨力等重要技術指標。

接受電路的方框圖及其波形如圖所示。由大小不等的缺陷所產生的回波信號電壓大。約從幾百微伏到幾伏,為了使變化范圍如此大的缺陷回波在放大器內得到正常的放大,并能再示波管熒光屏的有效觀察范圍內正常顯示,可使用衰減器改變輸入到某級放大器信號的電平。一般把放大器的電壓放大倍數用分貝來表示:

式中Kr為電壓放大倍數的分貝值,Um為放大器的輸出電壓,U為放大器的輸入電壓。一般探傷儀的電壓放大倍數可達104~105倍,相當于80~ 100dB.

探傷儀面板上的增益、衰減器、抑制等旋鈕是放大電路的控制旋鈕。增益旋鈕用來改變放大器的增益,增益數值大,探傷靈敏度高。衰減器旋鈕用來改變衰減器的衰減量。一般說來,衰減讀數大,靈敏度低。但是,有的探傷儀為了使用時讀數方便統一起見,衰減器讀數按增益方式標出,在這種情況下,衰減讀教大,靈敏度高。抑制旋鈕的作用是抑制草狀雜波。但應注意,使用抑制時,儀器的垂直紙,動態范圍均會下降,

⑥顯示電路:顯示電路要由示波管及外圍電路組成。

示波管用來顯示探傷圖形,示波管由電子槍、偏轉系統和熒光屏等三部分組成,其基本結構如圖:

 

電子槍發射的聚東電子以很高的速度轟擊熒光屏時,使熒光物質發光,在熒光屏上形成亮點掃描電路的掃描電壓與接收電路的信號電壓分別加至水平偏轉板和垂直偏轉板,使電子束發生偏轉,因而亮點就在熒光屏上移動,描出探傷圖形,由于掃描速度非常快,肉眼看上去就好像是靜止的圖象。

⑥電源:電源的作用是給探傷儀各部分電路提供適當的電能,整流及穩壓電路。攜帶式探傷用220伏或110伏交流市電,探傷儀內部有供各部分電路使用的變壓、多用蓄電池供電,用充電池供電給蓄電池充電。濟除上述基本組成部分之外,探傷僅還有各種輔助電路,如延遲電路、標距電路、閘門電路、深度補償電路等,這些輔助電路的作用在此不一贅述。

(3)儀器的工作過程

A型脈沖反射式超聲波探傷儀的工作過程可簡要概括為:同步電路產生的觸發脈沖同時加全掃描電路和發射電路,掃描電路受觸發開始工作,產生鋸齒波掃描電壓,加至示波管水平偏轉板,使電子束發生水平偏轉,在熒光屏上產生- -條水平掃描線。與此同時,發射電路受觸發產生高頻窄脈沖,加至探頭激勵壓電晶片振動,產生超聲波。超聲波在工件中傳播,遇缺陷或底面發生反射,返回探頭時,又

電品片轉變為電信號,經接收電路放大和檢波,加至示波管垂直偏轉板上,使電子束發生垂直偏轉,在水平掃描線的相應位置上產生缺陷波和底波。根據缺陷波的位置可以確定缺陷的埋藏深度,根據缺路的幅度可以估算缺陷當量的大小,即實現了缺陷的定位和定量。

(4)儀器面板簡介

探傷儀面板上有許多開關和旋鈕,用于調節儀器的功能和工作狀態。我們還是以CTS- 22型探傷儀為例,介紹其面板上主要開關和旋鈕的作用及調整方法。CTS-22型探傷儀面板如圖所示。

 

①電源開關及電源電壓指示器

開啟儀器面板上的電源開關,可聽到儀器內部發出頻率約為2KHz的微弱電流響聲,表示儀器的直流變換器工作正常,此時儀器面板右下方電壓指示器的表針應穩定指示在紅區,隨后熒光屏即會出現掃描時基線。若電壓指示器的表針指示在黑區,則表示電壓過低,應予以檢查。

②聚焦

聚焦旋鈕的作用是調節電子束的聚焦程度,使熒光屏波形清晰。除聚焦旋鈕外,許多儀器還有輔助聚焦旋鈕。當調節聚焦旋鈕不能使波形清晰時,可配合調節“聚焦”與“輔助聚焦”,直到波形最清晰為止。

③工作方式選擇旋鈕

工作方式選擇旋鈕的作用是選擇探測方式,即“雙探”或“單探”方式。當開關置于位置

時,為“雙探”,即雙探頭一發一收工作狀態,可用一個雙晶探頭或兩個單探頭探傷,發射探頭和接收探頭分別連接到發射插座“↓”和接收插座“年”。當開關置于位置“甲1”或“甲2”時,為“單探”,即單探頭發收工作狀態,可用一個單探頭檢測,此時發射插座和接收插座從內部連通,探頭可插入任一-插座。探傷儀“單探”方式有兩個位置,“ ↓1”位置為中等發射強度檔,旋鈕置于該位置時,發射強度不可變,儀器具有較高的靈敏度和分辨力。“↓2”位置的發射強度是可變的,旋鈕置于該位置時,可用發射強度旋鈕調節儀器發射強度,同時改變儀器的靈敏度和分辨力。

④發射強度旋鈕

發射強度旋鈕的作用是通過改變儀器的發射脈沖功率,從而改變儀器的發射強度,增大發射強度時,可提高儀器靈敏度,但脈沖變寬,分辨力變差。因此,在探傷靈敏度能滿足要求的況下,發射強度旋鈕應盡量放在較低的位置。

⑤衰減器(dB)最回波振幅。調節靈敏度時,衰減讀數大(即衰減量大,衰減器的作用是調節探傷靈敏度和測

靈敏度相對高。測最回波振幅時,,在示波屏上顯示高度相同度相對低:衰減讀數小((衰減量小),大的回波幅度高:衰減讀數小的回波幅度低。個回波(比如同為50波高) .衰堿讀數國灣制成o細調年擋21成,總般探傷儀的衰減器分粗調和細調兩種,80dB左右。

⑥增益旋鈕I益細調旋鈕,其作用是改變接收放大器的放大鍋制作為衰減器的輔助調節旋鈕,增益旋鈕也稱增

儀器靈敏度確定以后,探傷過有進而連續改變探傷僅的靈敏度,使反射波支精確地達到某一指定高度。-般不再調整增益旋鈕。

抑制旋鈕需要用小螺絲刀進行調節,抑制的作的作用是抑制熒光屏,上幅度較低或認為不必要的雜亂反“抑制”為“0”時,儀器處于無抑制狀態,波,使之不予顯示,從而使熒光屏顯示的波形清晰。” 排發鈕自最左位置順時針轉動時,較大的動態范圍和良好的垂直線性,適于定量探傷。當將抑制態范圍將被改變。抑制作用越作用即己加入,值得注意的是,使用“抑制”時,僅器垂市線性和動因此,除非十分必要時,般不使儀器動態范圍越小,從而在實際探傷中有容易漏掉小缺陷的危險。“抑制”

⑧深度范圍旋鈕t其作用是粗調熒光屏掃描線所代表的探測范圍。調節深度范圍深度范圍旋鈕也稱深度粗調旋鈕,

鈕,可較大幅度地改變時間掃描線的掃描速度。從而使熒光屏上回波間距大幅度地壓縮或擴展。租組般都分為有10.50. 250.1000四個檔級,探傷時應視被探工件厚度選擇合適的檔級。厚度大工件,選擇數值較大的檔級:厚度小的工件,選擇數值較小的檔級。

9.深度細調旋鈕

深度細調旋鈕的作用是精確調整探測范圍。調節細調旋鈕,可連續改變掃描線的掃描速度,從面熒光屏上的回波間距在一定范圍內連續變化。調整探測范圍時,先將深度粗調旋鈕置于合適的檔級,后調節細調旋鈕,使反射波的間距與反射體的距離成定比例。

10.延遲旋鈕

延遲旋鈕(或稱脈沖移位旋鈕)用于調節開始發射脈沖時刻與開始掃描時刻之間的時間

差,即可把始波與回波移到屏幕上任意位置。調節延遲旋鈕可使掃描線上的回波位置大幅度左右移動而不改變回波之間的距離,且掃描線不變。調節探測范圍時,用延遲旋鈕可進行零位校正,即用深度調和細調旋鈕調節好回波間距后,再用延遲旋鈕將反射波調至正確位置,使聲程原點與水平刻度的重合。水浸探傷中,用延遲旋鈕可將不需要觀察的圖形(水中部分)調到熒光屏外,以充分利用熒光軍院有效觀察范圍。

11.儀器頻率選擇

寬頻帶探傷儀的放大器頻率范圍寬,復蓋了整個探傷所需的頻率范圍,儀器面板上沒有頻率選擇美紐.檢測頻率由探頭頻率決定。窄頻帶探傷僅有頻率選擇開關,用以使發射電路與所用探頭相匹配,用以改變放大器的通帶,使用時開關指示的頻率范圍應與所選用探頭相一致。

12.重復頻率

重復頻率旋鈕的作用是調節脈沖重復頻率,即改變發射電路每秒鐘發射脈沖的次數。重復頻率低時,熒光屏圖形較暗,僅器靈敏度有所提高:重復頻率高時。熒光屏圖形較亮,這對露天探傷觀察波形是有使用較高的重復頻率。但重復頻率過高時,利用,成的機出服、低來發現發現C件序度進行調售單度t應使用漢低的變你不皮水易出現幻像波。聯動(CTS -22型儀器就有些探傷儀的重復頻率開關與深度范圍旋印就是這種情況),調節深度范圍旋鈕時,數值。重復頻率隨之調節到適合于所探厚度的

13.深度補償開關

有些探傷儀沒有深度補償開關成

“距離振幅校正”(DAC)旋鈕,它們的作用是改變放大器的性能,使位于不同深度的相同尺寸缺陷的同波高度差異減小。