组合性能包括灵敏度(或灵敏度余量)、分辨力、信噪比和频率等。
1.灵敏度
在超声检测中,灵敏度广义的含义是指整个检测系统(检测仪与探头)发现最小缺陷的能力。其发现的缺陷越小,说明其灵敏度就越高。检测仪与探头的灵敏度常用灵敏度余量来衡量。灵敏度余量是指检测仪最大输出时(增益、发射强度最大,衰减和抑制为零),使规定反射体回波达基准高所需衰减的衰减总量。灵敏度余量大,说明检测仪与探头的灵敏度高。灵敏度余量与检测仪与探头的综合性能有关,因此又叫检测仪与探头的综合灵敏度。
检测仪与探头组合的灵敏度余量测试方法如下:
1)检测仪与直探头组合的灵敏度余量的测试
①将检测仪增益旋钮调至最大,将抑制旋钮调至“0”,将发射强度旋钮调至“强”,连接探头,并使探头悬空,调衰减器使电噪声电平≤10%,记下此时衰减器的读数N1。
②将探头对准图3-36a所示的200mm声程处的ϕ2mm平底孔,调衰减器使ϕ2mm平底孔回波高度为50%,记下此时衰减器读数N2。则仪器与探头的灵敏度余量N为
N=N2-N1
2)检测仪与斜探头组合的灵敏度余量的测试
①将增益旋钮调至最大,将抑制旋钮调至“0”,将发射强度旋钮调至“强”,连接探头并悬空,记下电噪声电平≤10%的衰减量N1。
②将探头置于IIW试块或CSK—IA试块上(见图3-36b),记下使R100mm圆弧面的第一次反射波最高达50%时的衰减量N2。则仪器与斜探头的灵敏度余量N为
N=N2-N1
图3-36 灵敏度余量的测定
2.盲区与始脉冲宽度
盲区是指从检测面到能够发现缺陷的最小距离。盲区的大小与仪器的阻塞时间和始脉冲宽度有关。
始脉冲宽度是指在一定的灵敏度下,显示屏上脉冲高度超过垂直幅度20%时的始脉冲延续长度。始脉冲宽度与晶片的机械因子θm与发射强度有关。θm值大,说明发射强度大,始脉冲宽度大。
盲区的测定可在盲区试块上进行,如图3-37所示。在显示屏上能清晰地显示ϕ1mm平底孔独立回波的最小距离即为所测的盲区。
图3-37 用盲区试块测盲区
如果没有盲区试块,也可利用IIW或CSK—IA试块来估计盲区的范围,如图3-39所示。若探头置于Ⅰ处有独立回波,则盲区小于或等于5mm。若Ⅰ处无独立回波,Ⅱ处有独立回波,则盲区在5~10mm之间。若Ⅱ处仍无独立回波,则盲区大于10mm。
图3-38 始脉冲宽度(www.daowen.com)
始脉冲宽度测定方法:按规定调好灵敏度并调至标准“0”点,显示屏上始脉冲达20%高处至水平刻度“0”点的距离Wn即为始脉冲宽度,如图3-38所示。
JB/T 4730.3—2005中规定,仪器和直探头组合的始脉冲宽度(在基准灵敏度下):对于频率为5MHz的探头,宽度不大于10mm;对于频率为2.5MHz的探头,宽度不大于15mm。
3.分辨力
超声检测系统的分辨力是指能够对一定大小的两个相邻反射体提供可分离指示时两者的最小距离。由于超声脉冲自身有一定宽度,在深度方向上分辨两个相邻信号的能力有一个最小限度(最小距离),称为纵向分辨力。在工件的入射面和底面附近,可分辨的缺陷和相邻界面间的距离称为入射面分辨力和底面分辨力,又称为上表面分辨力和下表面分辨力。在实际检测时,入射面分辨力和底面分辨力与所用的检测灵敏度有关。当检测灵敏度高时,界面脉冲或始波宽度会增大,使得分辨力变差。当探头平移时,分辨两个相邻反射体的能力称为横向分辨力。横向分辨力取决于声束的宽度。影响分辨力的主要因素有晶片的机械因子θm和发射强度等。
1)探伤仪与直探头远场分辨力的测试
①先将抑制旋钮调至“0”,再将探头置于图3-39a所示的CSK—IA试块Ⅲ处,左右移动探头,使显示屏上出现85、91、100三个反射回波A、B、C(见图3-39b),则波峰和波谷的分贝差20lg(a/b)表示分辨力。
图3-39 直探头远场分辨力的测试位置
②JB/T 4730.3—2005中规定,直探头远场分辨力≥30dB。
2)探伤仪与斜探头分辨力的测定
①将斜探头置于图3-40所示的CSK—IA试块上,对准ϕ50mm、ϕ44mm、ϕ40mm三个阶梯孔,使显示屏上出现三个反射波。
图3-40 斜探头分辨力的测定
②平行移动探头并调节仪器,使ϕ50mm、ϕ44mm回波等高(见图3-40b),其波峰为h1,波谷为h2,则其分辨力为
在实际测试时,用衰减器将h1衰减到h2,其衰减量ΔN为分辨力,则X=ΔN。JB/T 4730.3—2005中规定,斜探头的远场分辨力≥6dB。
4.信噪比
信噪比是指显示屏上有用的最小缺陷信号幅度与无用的最大噪声幅度之比。由于噪声的存在会掩盖幅度低的小缺陷信号,容易引起漏检或误判,严重时甚至无法进行检测,因此,信噪比对缺陷的检测起关键作用。信噪比的测定分为仪器校验时的测定和实际检测时的测定。
一般以200mm声程处ϕ1mm平底孔反射回波H信与噪声杂波H噪之间的分贝差来表示信噪比的大小,即Δ=20lg(H信/H噪)。
5.频率
频率是超声仪器和探头组合后的一个重要参数。很多物理量的计算都与频率有关,例如超声场近场区长度、半扩散角、规则反射体的回波声压等。探头的公称频率是制造厂在探头上标出的频率。该频率是根据驻波共振理论设计的,由f0=Nt/t=cL/2t计算得到。仪器和探头的组合频率取决于仪器的发射电路与探头的组合性能,与公称频率之间往往存在一定的差值。为衡量该差值,实践中往往采用回波频率误差表征。回波频率误差是指当超声仪器与探头组合使用时,经工件底面反射回的超声波的频率与探头公称频率间的误差极限。
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