下面以CTS-22型模拟式超声检测仪为例，介绍A型脉冲反射式超声检测仪的特点、组成和性能指标等。

1.检测仪电路框图

A型脉冲反射式超声检测仪的基本电路框图如图3-4所示。

图3-4 A型脉冲反射式超声检测仪基本电路框图

由图3-4可以看出，超声检测仪由以下几个主要部分组成：同步电路、扫描电路、发射电路、接收放大电路、显示电路和电源电路等。A型脉冲反射式超声检测仪相当于一种专用示波器，尽管人们使用的检测仪的型号、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同小异的。

2.检测仪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千个同步脉冲，用来触发检测仪扫描电路、发射电路等，使各电路在时间上协调一致工作。因此同步电路是整个检测仪的“中枢”。

每秒钟内发射同步脉冲的次数称为重复频率。同步脉冲的重复频率决定了超声检测仪的发射脉冲重复频率，即决定了每秒钟向被检试件内发射超声波脉冲的次数。在一些仪器上设有重复频率调节旋钮供使用者选择。

（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，使示波管显示屏上的光点沿水平方向做等速移动，产生一条水平扫描时的基线。检测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。检测时，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。扫描电路的框图及其波形如图3-5所示。

图3-5 扫描电路框图及波形图

（3）发射电路 发射电路利用晶闸管的开关特性，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，晶闸管的典型发射电路如图3-6所示。

图3-6 发射电路

发射电路中的电阻R_o称为阻尼电阻，用发射强度旋钮可改变R_o的阻值。阻值大发射强度高，阻值小发射强度低，因R_o与探头并联，改变R_o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、抑制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，并在显示屏上显示。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倍的放大能力。

接收电路的性能对检测仪性能影响极大，它直接影响检测仪的垂直线性、动态范围、灵敏度、分辨力等重要技术指标。

接收电路的框图及其波形如图3-7所示。由大小不等的缺陷所产生的回波信号电压大约从几百微伏到几伏，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，并能在示波管显示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dB来表示：

式中 K_V——电压放大倍数的分贝值；

U_出——放大器的输出电压；

U_入——放大器的输入电压。

一般检测仪的电压放大倍数可达10⁴～10⁵，相当于80～100dB。

图3-7 接收电路

衰减器和增益微调旋钮是仪器上可由使用者改变接收信号放大倍数的旋钮，可用来调节仪器的检测灵敏度和测量回波的幅度，对回波进行定量评定。但应注意，只有衰减器是经校准的定量测量装置，而且仪器上发射电路和接收电路中的其他旋钮（如发射强度、抑制等）也会对回波幅度产生影响。在定量调节仪器灵敏度和进行回波定量评定时，必须确认其他旋钮位置是不变的。

检波电路的作用是将探头接收的射频信号转变成视频信号，以检波的形式显示出来（图3-7）。检波有全波检波、正检波和负检波。全波检波可将视频信号正、负半周的信号均转换为正电压全部显示出来。正检波和负检波则仅显示视频信号正半周或负半周的信号。

为了抑制噪声信号，接收电路中通常还设计有抑制电路，用于将幅度较小的一部分信号截去，不在显示屏上显示。但使用后会使仪器显示的垂直线性变差，动态范围变小。过度的抑制还有失去小缺陷信号的危险，因此需慎重使用。(www.daowen.com)

检测仪面板上的增益、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，增益数值越大，检测灵敏度越高。衰减器旋钮用来改变衰减器的衰减量。一般来说，衰减读数越大，灵敏度越低。

（5）显示电路 显示电路主要由示波管及外围电路组成。示波管中有垂直偏转板和水平偏转板，接收电路的信号电压加在垂直偏转板上，扫描电路产生的锯齿波加在水平偏转板上。电子束按所加电压偏转，在屏幕上产生光点，扫描出图形。

当重复扫描相同图像的频率很高时，由于人眼的视觉暂留作用，图像看起来是静止不动的，所以当探头稳定地放在试件表面时，看到的是静止的回波波形，便于对信号进行评定。当探头移动速度很快时，图像是闪烁变化的，因此在采用目视观察波形进行检测时，必须限制扫查速度，以保证缺陷波能够产生重复图像，使人眼捕捉到缺陷波。

示波管前通常装有刻度板，便于读出回波位置和高度。

（6）电源 电源的作用是给检测仪各部分电路提供适当的电能，使整机电路工作。标准检测仪一般用220V或110V交流电，检测仪内部有供各部分电路使用的变压、整流及稳压电路。携带式检测仪多用蓄电池供电，用充电器给蓄电池充电。

除上述基本组成部分之外，检测仪还有各种辅助电路，如延迟电路、标距电路、闸门电路等，这些辅助电路的作用在此不一一赘述。

3.检测仪的工作过程

A型脉冲反射式超声检测仪的工作过程可简要概括为：同步电路产生的触发脉冲同时加至扫描电路和发射电路，扫描电路被触发开始工作，产生锯齿波扫描电压，加至示波管水平偏转板，使电子束发生水平偏转，在显示屏上产生一条水平扫描线。与此同时，发射电路被触发产生高频窄脉冲，加至探头，激励压电晶片振动，产生超声波。超声波在工件中传播，遇缺陷或底面发生反射，返回探头时，又被压电晶片转变为电信号，经接收电路放大和检波，加至示波管垂直偏转板上，使电子束发生垂直偏转，在水平扫描线的相应位置上产生缺陷波和底波。根据缺陷波的位置可以确定缺陷的埋藏深度，根据缺陷波的幅度可以估算缺陷当量的大小，即实现了缺陷的定位和定量。

4.检测仪面板简介

检测仪面板上有许多开关和旋钮，用于调节仪器的功能和工作状态。下面以CTS-22型检测仪为例，介绍其面板上主要开关和旋钮的作用及调整方法。CTS-22型检测仪面板如图3-8所示。

图3-8 CTS—22型检测仪面板

1—发射插座 2—接收插座 3—工作方式选择 4—发射强度 5—粗调衰减器 6—细调衰减器 7—抑制 8—增益 9—显示屏 10—遮光罩 11—深度范围 12—深度细调 13—聚焦 14—延迟 15—电源开关 16—电源电压指示器 17—定位游标

（1）电源开关及电源电压指示器 开启仪器面板上的电源开关，可听到仪器内部发出频率约为2kHz的微弱电流响声，表示仪器的直流变换器工作正常，此时仪器面板右下方电压指示器的表针应稳定指示在红区，随后显示屏即会出现扫描时基线。若电压指示器的表针指示在黑区，则表示电压过低，应予以检查。

（2）聚焦旋钮 聚焦旋钮的作用是调节电子束的聚焦程度，使显示屏波形清晰。除聚焦旋钮外，许多仪器还有辅助聚焦旋钮。当调节聚焦旋钮不能使波形清晰时，可配合调节“聚焦”与“辅助聚焦”，直到波形最清晰为止。

（3）工作方式选择旋钮 工作方式选择旋钮的作用是选择探测方式，即“双探”或“单探”方式。当开关置于位置“”时，为“双探”，即双探头一发一收工作状态，可用一个双晶探头或两个单探头检测，发射探头和接收探头分别连接到发射插座“”和接收插座“”。当开关置于位置“1”或“2”时，为“单探”，即单探头发收工作状态，可用一个单探头检测，此时发射插座和接收插座从内部连通，探头可插入任一插座。检测仪“单探”方式有两个位置，“1”位置为中等发射强度档，旋钮置于该位置时，发射强度不可变，仪器具有较高的灵敏度和分辨力。“2”位置的发射强度是可变的，旋钮置于该位置时，可用发射强度旋钮调节仪器发射强度，同时改变仪器的灵敏度和分辨力。

（4）发射强度旋钮 发射强度旋钮的作用是通过改变仪器的发射脉冲功率，从而改变仪器的发射强度。增大发射强度时，可提高仪器灵敏度，但脉冲变宽，分辨力变差。因此在检测灵敏度能满足要求的情况下，发射强度旋钮应尽量放在较低的位置。

（5）衰减器（dB） 衰减器的作用是调节检测灵敏度和测量回波振幅。调节灵敏度时，衰减读数大（即衰减量大），灵敏度相对低；衰减读数小（衰减量小），灵敏度相对高。测量回波振幅时，在示波屏上显示高度相同的两个回波（如同为50%波高），衰减读数大的回波幅度高；衰减读数小的回波幅度低。

一般检测仪的衰减器分粗调和细调两种，粗调每档10dB或20dB，细调每档2dB或1dB，总衰减量80dB左右。

（6）增益旋钮 作为衰减器的辅助调节旋钮，增益旋钮也称增益细调旋钮，其作用是改变接收放大器的放大倍数，进而连续改变检测仪的灵敏度，使反射波精确地达到某一指定高度。仪器灵敏度确定以后，检测过程中一般不再调整增益旋钮。

（7）抑制旋钮 抑制旋钮需要用小旋具（螺丝刀）进行调节，抑制的作用是抑制显示屏上幅度较低或认为不必要的杂乱反射波，使之不予显示，从而使显示屏显示的波形清晰。“抑制”为“0”时，仪器处于无抑制状态，具有较大的动态范围和良好的垂直线性，适于定量检测。当将抑制旋钮自最左位置顺时针转动时，“抑制”作用即已加入。需注意的是，使用“抑制”时，仪器垂直线性和动态范围将被改变。抑制作用越大，仪器动态范围越小，从而在实际检测中有容易漏掉小缺陷的危险。因此除非十分必要时，一般不使用“抑制”。

（8）深度范围旋钮 深度范围旋钮也称深度粗调旋钮，其作用是粗调显示屏扫描线所代表的探测范围。调节深度范围旋钮，可较大幅度地改变时间扫描线的扫描速度。从而使显示屏上回波间距大幅度地压缩或扩展。粗调旋钮一般分为10mm、50mm、250mm、1000mm四个档级，检测时应视被探工件厚度选择合适的档级。厚度大的工件，选择数值较大的档级；厚度小的工件，选择数值较小的档级。

（9）深度细调旋钮 深度细调旋钮的作用是精确调整探测范围。调节细调旋钮，可连续改变扫描线的扫描速度，从而使显示屏上的回波间距在一定范围内连续变化。调整探测范围时，先将深度粗调旋钮置于合适的档级，然后调节细调旋钮，使反射波的间距与反射体的距离成一定比例。

（10）延迟旋钮 延迟旋钮（或称脉冲移位旋钮）用于调节开始发射脉冲时刻与开始扫描时刻之间的时间差，即可把始波与回波移到屏幕上的任意位置。调节延迟旋钮可使扫描线上的回波位置大幅度左右移动，而不改变回波之间的距离，且扫描线不变。调节探测范围时，用延迟旋钮可进行零位校正，即用深度粗调和细调旋钮调节好回波间距后，再用延迟旋钮将反射波调至正确位置，使声程原点与水平刻度的零点重合。水浸检测中，用延迟旋钮可将不需要观察的图形（水中部分）调到显示屏外，以充分利用显示屏的有效观察范围。

（11）仪器频率选择 宽频带检测仪的放大器频率范围宽，覆盖了整个检测所需的频率范围，仪器面板上没有频率选择旋钮。检测频率由探头频率决定。窄频带检测仪有频率选择开关，用以使发射电路与所用探头相匹配，并用以改变放大器的频带，使用时开关指示的频率范围应与所选用的探头相一致。

（12）重复频率 重复频率旋钮的作用是调节脉冲重复频率，即改变同步电路每秒钟同步脉冲的次数。重复频率低时，显示屏图形较暗，仪器灵敏度有所提高；重复频率高时，显示屏图形较亮，这对露天检测观察波形是有利的。应该指出，重复频率要视被探工件厚度进行调节，厚度大，应使用较低的重复频率；厚度小，可使用较高的重复频率。但重复频率过高时，易出现幻像波，如图3-9所示。图中T₁、T₂、T₃分别表示第一、第二和第三次同步触发信号，T为同步信号的周期，1/T为重复频率。图3-9a表示正常的触发及超声回波显示时序，图3-9b表示T过小（即重复频率过高）时导致产生幻像波。有些检测仪的重复频率开关与深度范围旋钮联动（CTS-22型仪器就是这种情况），调节深度范围旋钮时，重复频率随之调节到适合于所探厚度的数值。

图3-9 重复频率与幻像波的产生