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超声波探伤仪的工作原理:

下面我们将以CTS-22型模拟仪为例,介绍A型脉冲反射式超声波探伤仪的特点、结构和技术指标等。

仪器电路方框图

A型脉冲反射式超声波探伤仪一般电路方框图如图所示:

由图3.2可以看出,超声波探伤仪由以下几个主要部分组成:同步电路、扫描电路、发射电路接收电路、显示电路和电源电路等。A型脉冲反射式超声波探伤仪相当于一种专用示波器,尽管人们使用的探伤仪的型号、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)仪器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脉冲,用来触发探伤仪扫描电路、发射电路等,使之步调一一致、有条不紊地工作。因此,同步电路是整个探伤仪的“中枢”,同步电路出了故障,整个探伤仪便无法工作。

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,使示波管荧光屏上的光点沿水平方向作等速移动,产生一条水平扫描时基线。探伤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。探伤时,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定的距离。扫描电路的方框图及其波形见3.3。

③发射电路:发射电路利用明流管或可控硅的开关特性,产生几百伏至上F伏的电脉冲。电脉冲加于发射探头,激励压电品片振动,使之发射超声波,可控硅发射电路的典型电路如图3.4所示。

发射电路中的电阻Ro称为阻尼电阻,用发射强度旋钮可改变Ro的阻值。阻值大发射强度高,阻值

小发射强度低,因Ro与探头并联,改变Ro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,并在荧光屏上显示。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10的放大能力。

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

③发射电路:发射电路利用明流管或可控硅的开关特性,产生几百伏至上F伏的电脉冲。电脉冲加于发射探头,激励压电品片振动,使之发射超声波,可控硅发射电路的典型电路如图3.4所示。

发射电路中的电阻Ro称为阻尼电阻,用发射强度旋钮可改变Ro的阻值。阻值大发射强度高,阻值小发射强度低,因Ro与探头并联,改变Ro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,并在荧光屏上显示。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10的放大能力。

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

接受电路的方框图及其波形如图所示。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,并能再示波管荧光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分贝来表示:

式中Kr为电压放大倍数的分贝值,Um为放大器的输出电压,U为放大器的输入电压。一般探伤仪的电压放大倍数可达104~105倍,相当于80~ 100dB.

探伤仪面板上的增益、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,增益数值大,探伤灵敏度高。衰减器旋钮用来改变衰减器的衰减量。一般说来,衰减读数大,灵敏度低。但是,有的探伤仪为了使用时读数方便统一起见,衰减器读数按增益方式标出,在这种情况下,衰减读教大,灵敏度高。抑制旋钮的作用是抑制草状杂波。但应注意,使用抑制时,仪器的垂直纸,动态范围均会下降,

⑥显示电路:显示电路要由示波管及外围电路组成。

示波管用来显示探伤图形,示波管由电子枪、偏转系统和荧光屏等三部分组成,其基本结构如图:

 

电子枪发射的聚東电子以很高的速度轰击荧光屏时,使荧光物质发光,在荧光屏上形成亮点扫描电路的扫描电压与接收电路的信号电压分别加至水平偏转板和垂直偏转板,使电子束发生偏转,因而亮点就在荧光屏上移动,描出探伤图形,由于扫描速度非常快,肉眼看上去就好像是静止的图象。

⑥电源:电源的作用是给探伤仪各部分电路提供适当的电能,整流及稳压电路。携带式探伤用220伏或110伏交流市电,探伤仪内部有供各部分电路使用的变压、多用蓄电池供电,用充电池供电给蓄电池充电。济除上述基本组成部分之外,探伤仅还有各种辅助电路,如延迟电路、标距电路、闸门电路、深度补偿电路等,这些辅助电路的作用在此不一赘述。

(3)仪器的工作过程

A型脉冲反射式超声波探伤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全扫描电路和发射电路,扫描电路受触发开始工作,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,在荧光屏上产生- -条水平扫描线。与此同时,发射电路受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

电品片转变为电信号,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,根据缺路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)仪器面板简介

探伤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。我们还是以CTS- 22型探伤仪为例,介绍其面板上主要开关和旋钮的作用及调整方法。CTS-22型探伤仪面板如图所示。

 

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,随后荧光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

聚焦旋钮的作用是调节电子束的聚焦程度,使荧光屏波形清晰。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探伤,发射探头和接收探头分别连接到发射插座“↓”和接收插座“年”。当开关置于位置“甲1”或“甲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。探伤仪“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,在探伤灵敏度能满足要求的况下,发射强度旋钮应尽量放在较低的位置。

⑤衰减器(dB)最回波振幅。调节灵敏度时,衰减读数大(即衰减量大,衰减器的作用是调节探伤灵敏度和测

灵敏度相对高。测最回波振幅时,,在示波屏上显示高度相同度相对低:衰减读数小((衰减量小),大的回波幅度高:衰减读数小的回波幅度低。个回波(比如同为50波高) .衰碱读数国湾制成o细调年挡21成,总般探伤仪的衰减器分粗调和细调两种,80dB左右。

⑥增益旋钮I益细调旋钮,其作用是改变接收放大器的放大锅制作为衰减器的辅助调节旋钮,增益旋钮也称增

仪器灵敏度确定以后,探伤过有进而连续改变探伤仅的灵敏度,使反射波支精确地达到某一指定高度。-般不再调整增益旋钮。

抑制旋钮需要用小螺丝刀进行调节,抑制的作的作用是抑制荧光屏,上幅度较低或认为不必要的杂乱反“抑制”为“0”时,仪器处于无抑制状态,波,使之不予显示,从而使荧光屏显示的波形清晰。” 排发钮自最左位置顺时针转动时,较大的动态范围和良好的垂直线性,适于定量探伤。当将抑制态范围将被改变。抑制作用越作用即己加入,值得注意的是,使用“抑制”时,仅器垂市线性和动因此,除非十分必要时,般不使仪器动态范围越小,从而在实际探伤中有容易漏掉小缺陷的危险。“抑制”

⑧深度范围旋钮t其作用是粗调荧光屏扫描线所代表的探测范围。调节深度范围深度范围旋钮也称深度粗调旋钮,

钮,可较大幅度地改变时间扫描线的扫描速度。从而使荧光屏上回波间距大幅度地压缩或扩展。租组般都分为有10.50. 250.1000四个档级,探伤时应视被探工件厚度选择合适的档级。厚度大工件,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,从面荧光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,后调节细调旋钮,使反射波的间距与反射体的距离成定比例。

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重合。水浸探伤中,用延迟旋钮可将不需要观察的图形(水中部分)调到荧光屏外,以充分利用荧光军院有效观察范围。

11.仪器频率选择

宽频带探伤仪的放大器频率范围宽,复盖了整个探伤所需的频率范围,仪器面板上没有频率选择美纽.检测频率由探头频率决定。窄频带探伤仅有频率选择开关,用以使发射电路与所用探头相匹配,用以改变放大器的通带,使用时开关指示的频率范围应与所选用探头相一致。

12.重复频率

重复频率旋钮的作用是调节脉冲重复频率,即改变发射电路每秒钟发射脉冲的次数。重复频率低时,荧光屏图形较暗,仅器灵敏度有所提高:重复频率高时。荧光屏图形较亮,这对露天探伤观察波形是有使用较高的重复频率。但重复频率过高时,利用,成的机出服、低来发现发现C件序度进行调售单度t应使用汉低的变你不皮水易出现幻像波。联动(CTS -22型仪器就有些探伤仪的重复频率开关与深度范围旋印就是这种情况),调节深度范围旋钮时,数值。重复频率随之调节到适合于所探厚度的

13.深度补偿开关

有些探伤仪没有深度补偿开关成

“距离振幅校正”(DAC)旋钮,它们的作用是改变放大器的性能,使位于不同深度的相同尺寸缺陷的同波高度差异减小。