超声仪器原理2(第三).pptVIP

第2章 超声检测仪器原理 1.探头 2.仪器 2.3.1 超声探头 1.压电效应 2.探头种类 3.探头结构 4.探头参数 1.压电效应 正压电效应：有些单晶和多晶陶瓷材料在应力作用下产生应变时，晶体中就会产生极化或电场，这种效应称为正压电效应。接收超声波 逆压电效应：当压电晶片受发射电脉冲激励后产生振动，即可发射声脉冲，这种效应称为逆压电效应。发出超声波 本质：弹性体+电介质；晶胞结构不对称 压电材料：具有压电效应的晶体材料称为压电材料。压电材料分为单晶和多晶两大类。压电单晶（石英、硫酸锂等）；压电陶瓷（多晶，钛酸铅等）——压电晶体（压电晶片，晶片） 压电晶片在厚度方向做一维受迫振动，产生纵波。 纵波倾斜入射（α=αⅠ~αⅡ），经折射产生横波 谐振时(此时f最高)，基频 f = CL/2l ，l 为晶片厚度。 2. 探头种类 直探头：声线垂直入射，可发射接收纵波 斜探头：声线倾斜入射，横波或表面波 双晶探头（分割探头）：一个晶片发射，一个晶片接收 以上为压电超声探头，占主流地位。另外还有电磁超声探头和激光超声探头。 探头图片 3.探头结构 直探头： 直探头(纵波探头) 直探头用于发射和接收纵波，故又称为纵波探头：直探头主要用于探测与探侧面平行的缺陷．如板材、锻件检测。直探头的结构如右图所示，主要由压电晶片、保护膜、吸收块、电线接头和外壳等部分组成。 1—接头；2—外壳；3—阻尼块；4—电缆线；5—压电晶片；6—保护膜 斜探头 斜探头又可分为纵波斜探头，横波斜探头和表面波斜探头。这里仅介绍横波斜探头。横波斜探头是利用横波检测，主要用于探测与探测面垂直或成一定角度的缺陷．如焊缝检测、汽轮机叶轮检测等。 1—吸声材料；2—斜楔；3—声阻尼；4—外壳；5—电缆线；6—压电晶片 双晶探头 又称组合式探头，两块压电晶片装在一个探头架下，一个晶片发射，另一个晶片接收，它们发射和接收纵波，结构见图示。晶片下的延迟块（有机玻璃或环氧树脂）使声波延迟一段时间后射入工件，从而可检测近表面缺陷，减小了盲区，并可提高分辨力。两晶片之间用隔声层分开，晶片间的倾角通常为3～18度之间。两晶片声场的重叠部分是检测灵敏度的最高区域，此区域一般呈菱形。 接触法双晶直探头 各种双晶直探头 焦距范围：5~40mm, 频率范围：2.5~5MHz，钢中折射角：45? ~70? 接触法双晶斜探头（续） 超声波探头中的压电陶瓷芯片 将数百伏的超声电脉冲加到压电晶片上，利用逆压电效应，使晶片发射出持续时间很短的超声振动波。当超声波经被测物反射回到压电晶片时，利用压电效应，将机械振动波转换成同频率的交变电荷和电压。 压电陶瓷的主要性能指标 1) 介电常数：1000~6000 2) 压电灵敏度D33 ：300~600pC/N 3) 机械品质因素Q：100~2000 4) 居里温度：300~400? C 5）静电容：1000 ~ 100000pF（与面积有关） 6）频率范围： 用于超声清洗：30~100KHz 用于探伤仪及流量计：2.5~5MHz 用于雾化器：1~2MHz 耦合剂 超声探头与被测物体接触时，探头与被测物体表面间存在一层空气薄层，空气将引起三个界面间强烈的杂乱反射波，造成干扰，并造成很大的衰减。为此，必须将接触面之间的空气排挤掉，使超声波能顺利地入射到被测介质中。在工业中，经常使用一种称为耦合剂的液体物质，使之充满在接触层中，起到传递超声波的作用。常用的耦合剂有自来水、机油、甘油、水玻璃、胶水、化学浆糊等。 4.探头参数 探头型号的组成项目及排列顺序 基本频率：用阿拉伯数字表示，单位为MHz。 晶片材料：用化学元素缩写符号表示，见表。 晶片尺寸：用阿拉伯数字表示，单位为mm，其中，圆晶片用直径表示，方晶片用长X宽表示，分割探头晶片用分割前的尺寸表示。 探头种类：用汉语拼音缩写字母表示，直探头也可不标出。 探头特征：斜探头钢中折射角正切值(K值)用阿拉伯数字表示。钢中折射角用阿拉伯数字表小，单位为度，分割探头钢中声束交区深度用阿拉伯数字表示， 单化为mm，水浸探头水中焦距用阿拉伯数字表示，单位为mm。DJ表示点聚焦，XJ表示线聚焦。 4.探头参数 直探头：频率-材料-直径。例：2.5B20，5N14 斜探头（横波）：频率-材料-长宽-角度β或K值（K=tg β ），例：5P8?6K1.5 2.3.2 超声仪器 1.种类 2.原理框图 3.电路参数 4.工作过程 5.数字型仪器 1.超声仪器种类 用途：探伤仪；检测仪（声速，厚度等） 按信号类型分类：模拟信号检测仪，即常规超声检测仪，显示器显示模拟波形，具有显示迅速、细腻、真实的特点；数字信号检测仪，以常规超声检测