工业检测超声探头的设计于选用 [兼容模式].pdf

《工业检测超声探头的设计于选用 [兼容模式].pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、工业检测超声波探头的设计与选用上海创辰检测设备有限公司2010102010.10目录一、有关探头的专业技术标准二、探头的技术参数1、时间响应和频率响应2、空间响应3、灵敏度4、等效阻抗三、压电材料的发展一、有关探头的专业技术标准产生和检出超声脉冲的方法⇓产生超声脉冲的方法：⇒利用材料的压电效应⇒电磁声换能器(EMAT)⇒激光超声⇒磁致伸缩探头的技术标准国内外关于ut探头的主要技术标准：----前苏联ſoct23702oct23702----英国BS4331-2----日本DNIS2107/2108----美国ASTME1062ASTME1062----欧盟EN12668EN12668-2---

2、-国内ZBY231（JB10062）探头的主要技术指标⇓时间响应和频率响应—波形和频谱特性⇓空间响应—声场分布和指向性⇓灵敏度⇓等效电阻二、探头的主要技术指标之一时间响应和频率响应探头是怎样工作的？+背衬--晶片工件+探头的基频(1)当一交变电压加至压电材料上时，压电晶片表面产应产生相应的振动，并向与之接触的介质中辐射超声能量。除非特性阻抗相等，一般总有部分超声能量被压电晶片前后表面反射，在压电体内传向对面。因为前后表面振动反相，当L=λ/2时，压电体内传播时间t=L/c=(λ/2)/c=(cT/2)/c=T/2o即：到达对面时，与相移180的对面振动叠加，达到同频同相叠加，辐射超声最强，即为

3、谐振情况。对应频率f/f=c/λ=c/2L称基本谐振频率，或基频。探头的基频(2)前向表面位移超声０T/2Tt压电体c,fL０T/2T3T/2t后向超声收缩膨胀收缩探头的频率构成1、探头的实际激发信号并不是交流信号，而是负尖脉冲（或方波脉冲）。2、从换能器发出的超声波不是单一频率的声波。实际上，是一个包含多种频率成分的频带，此频带与晶片材料、厚度、面积及阻尼有关。另外，也与换能器电特性和仪器电路有关。激发脉冲探头的频谱傅里叶变换⇓傅里叶变换的实质是将一个信号分离为无穷多多正弦/复指数信号的加成，也就是说，把信号变成正弦信号相加的形式。信号的分离信号的分离探头带宽2、我们把前述的频谱通称为探头频

4、带宽度——简称“带宽”。3、对设计良好的探头，其带宽中心应为所需探头频率，而低端和高端通常则定义为波幅降低若干百分比(或dB)时的频率。这方面有取值为30%(一3dB)的，也有取值为50％(一6dB)的。中心频率和带宽的表示⇓根据高低频率fu和fl，中心频率f0由下式计算：f=√ff0u*l⇓带宽由下式计算：△f=f-ful⇓相对带宽的百分数=(△f/f0)*100%探头频率的测量1、简便方法（仅限窄带探头）：可用带射频信号的超声波探伤测量3个周期的时间，计算其中心频率。2、近似方法：带FFT(快速傅立叶变换）功能的示波器。3、标准方法：超声频谱分析仪或带DFT(离散傅立叶变换）功能的示波器。

5、影响频率和带宽的因素探头频带的影响因素：⇐晶片的材质、厚度、表面平行度和平整度⇐阻尼大小⇐保护膜材料和匹配层⇐晶片粘接胶层⇐仪器的发射电路和接收电路⇐探头的电匹配电路⇐电极的材料和厚度下列测试条件影响测试结果⇐耦合层厚度⇐反射体位置⇐反射体与声束的夹角拓展探头带宽的方法1、超声波探伤中，一般是通过在压电晶片背面加置阻尼块或吸收块来缩短脉冲持续时间的。阻尼块通常由环氧树脂加钨粉制成。加在晶片背面的阻尼量就决定了探头的分辨力。短脉冲探头只有1～2个周数，而长脉冲探头可能有3～5个周数。未阻尼的晶片，脉冲中可能有12个以上周数。2、选用低声阻抗的和高机械损耗的晶片。带宽的极限-6dB带宽的范围：下限

6、大于0%，具体与激发脉冲、探头的机电损耗等有关。上限值约120-150%波形（脉冲周数）与带宽脉冲周数多（宽脉冲）—窄带；脉冲周数少（窄脉冲）—宽带。灵敏度、分辨力与带宽1、在晶片既定的情况下，通过增加阻尼来拓展带宽，会以牺牲灵敏度为代价。2、提高带宽有利于提高轴向分辨力，但会降低径向分辨力。宽带探头的应用主要在两个方面：1、高分辨力，如tofd、精密测厚、微小缺陷检测等2、粗晶材料检测TOFD探头（1）TOFD探头特点1、探头数量：不少于两个探头，一个发射探头，一个接收探头；2、波型：通常是纵波，使用横波探头很复杂；3、脉冲的长度：窄脉冲，脉冲长度不大于2个周期；4、高灵敏度；5、探头扩散角

7、大，指向性差。TOFD探头（2）12abecd原理图/A超信号图对照TOFD探头（3）----缺陷衍射波的时间差计算1s=302bh=10cd=5⇓b²=s²+h²b3162b=31.62mm⇓c²=s²+(h+d)²c=33.54mm⇓上下端点衍射波的声程差2*（c-b）=1921.92mm⇓上下端点衍射波的时间差T=1.92/(5900*10³)=0.325微秒TOFD探头（4）----对脉冲