超声探伤灵敏度与灵敏度上限.pdf

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第24卷第10期
无损检测
Vol 24 No 10
2002年10月
ND
2002
超声探伤灵敏度与灵敏度上限
沈建中
(中国科学院声学研究所、北京100060
摘要:在检测小缺陷时儿其关心灵敏度问题。超卢检测的灵敏度是有上限的,但并不存在
个所谓的理论“超声探伤极限灵度”。灵敏度上限也不受探测超声波半波长的限制,限制系统
检测灵敏度的决定因素是噪声水平。此外,对与灵敏度有关的几个概念作了阐述。
关健词:超声检测;灵缏度;灵度上限
中图分类号:IGi15.,28文献标识码:A文章编号:1000656(2002)1?-0418-
SENSITIVITY AND UPLIMIT SENSITIVITY IN ULTRASONIC TESTING
SHPN iarrzhong
(Inslilutc of Acoustics, Chinesc Academy of Scicnces, Beiing 100080, China)
Abstract: Ihe sensitivity of detection is more concerned w hen small defects are important. The sensitivity of ultra-
sonic testing has an up limit. But thcrc is mo scalled ut most sensitivity And the up-limit sensitivity is not bounded by
the half of a wavelength of probing ultrasound. Noise level is the key factor to determine sensitivity. Some concepts relat-
ed to sensitivity are demonstrated
Keywords: / nic testing; Sensitivity: []P-limit sensitivity
随着新材料和新技术的应用,人们日益关心微使阐明灵敏度的含义和正确用法的难度大大增加。
小缺陷的检测间题。多大的微小缺陷可以檢测到
超声检测的灵敏度确实是有上限的,但并不存
检测灵敏度有无限制,从理论上来说是否存在枚限一个统一的等」烃声波半波长的所谓理论“超声
灵敏度。对这些词题,长期以来存在着一种错误认探伤极限灵敏度”。在此分析影响实际超卢探伤系
识,即认为在理论上存在所调的“超声探伤限灵敏统检测灵度的主要因素,同时,对如何正确理解和
度”,能够检出缺的最小尺小足被检材料中超声波使用灵敏度这个名词术语,谈一些认识
波长的?半口。这个结论作为採伤人员必备的基1影响超声探伤灵敏度的主要因素
本知识写进了某些培训教材,也常出现一些论文
及讲座中。
在谈论对小缺陷的檢测能力时不少人认为,超
灵敏度是检测作中最常用的名词之ー。灵敏声波探伤能够檢出的缺陷最小尺す不小」被檢材料
度的含义似乎应当十分明了。然而一方面在许多中超声波波长的一半,这就是所谓的“超声探伤极限
不同的头际应用场合,人们对这个名词赋ず不同的灵放度”。不少人对这种说法已有察党并提出了质
含义:另ー方面我国各种超声无损检测标准对有此疑,他们发现就现有的商品仪器而言,其採伤灵敏度
超声探伤屮中经常使用的涉及到灵度的术语、没有就有可能达到波长的1/5或更小。但出于这个结论
作H明确的界定或作H了模糊的定义。这两方面的是所请的理论结论,它使人们产生困惑和混乱。此
原因不仪极易使人产生混淆,甚至导致不少人误认外,当我们试图对这个错误结论加以阐明时却发现,
为灵敏度与探伤仪电路的放大倍数是一回事,面日即使対于灵度概念本身,也有不少模糊认识。
在讨论“极限灵敏度”问题吋,为便丁说明主要
收稿日期:2001~-11-1
问题和同时避免泥淆,约定本章节和第2章节在“能
基金项目:国家自然科学基金资助项目(19874070)
探出最小缺陷的能力”的意义上使用“灵敏度”这个
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沈建中:超声探伤灵敏度j灵敏度上限
概念。至」对灵敏度概念木身的定义、理解和使用,这个假定不妨得对柲限灵敏度的讨论
将在第3章节加以讨论。
超声探伤实际上足利用超声波作为探测手段
2超声探伤的最大检测能力
把原本不能被人们直接感知的固体内部的缺陷转换
当需要检测小缺陷时,人们关心的问题是怎样
成某利能被人们感知的东西,有时被转换成肉眼可才能提高检测灵度;检测灵敏度有没有上限,如果
观察的波形或图形,有时被转换成人耳能听到的报有,是什么;检测灵度上限有没有理论上的柲限,
警声音,有时被转換成数据山人或计算机分析,从血
果有,足什么;我们在这里主要回答后两个问题。
使缺陷能被人们间接地感知倒。檢测原理直接影啊为此,我们尽量假设一些理想条件
检测灵敏度。超声检测技术有使用连续波和脉冲波
显然,要将缺陷波辦认出米、有两个条件要满足,
两大类,所发射的声波波束又有聚焦和不聚焦之分。即缺降波大于噪声不被噪声湮没,而?缺陷波大于显
其中超声脉冲技术是主流,在脉沖技术中、又有脉冲示部件(光屏)的显示國值。检测灵敏度的上限问
反射法、脉沖透射法和脉神串列式检査法等。它们题.就是询能够被辦认山来的最小缺陷波是由多人
通过探测由缺陷产生的散射超声淑信号来檢测缺的缺陷产生的河题,这时,我们可以不考虑显示阈值
陷。在脉冲反射法中所接收的是缺陷的背向散射超的限制。因此,在常规超声检测中,影向超声检测灵
声波信号,在脉沖透射法中接收的是缺陷的正向散敏度的是超声回波的大小和系统噪声的大小
射波信号,在脉冲串列式检测法中接收的是缺陷的
系统噪声有很多米源。结构噪声是影响检测灵
侧向散射波信号,其方向取決于?个超卢探头的相敏度的最重要因素,它与工作频率有着复杂的关系。
对位置。脉冲反射法没有入射声波的下扰,其灵敏对」均匀的微晶材料或无晶念材料,其结构噪声可
度一般来说比其它方法高(在许多教材中,超声散射以很小。在探讨极限灵敏度时,假定有最理想的条
常作为噪声的米源和信号能量损失的机制。然而,件,没有结构噪声,也没有环境和其它随机噪声,因
超声散射首先是超声检测的基础)。
而以考虑热噪声。下面讨论超声回波的大小。
现以常規A扫捕脉冲超声回波探伤为例來探
由缺陷散射的超声回波产生缺降波。超声回波
讨影啊姫声探伤灵敏度的主要因素。超声探伤要经信号与缺陷的种类、形状、人小、収向以及与母介质
过下列八个很复尔的主要过程,即,①出超声採伤的声阻抗失配程度以及观察方向有关。文献2」给
仪产生电脉冲作用在超声探头上.。2②超声探头出了当单个缺陷在声東轴线上,使用聚焦脉冲超声
牛超声波向介质中发射。③)超声传播到达缺陷。反射回波方法时,超声回波在超声探头上所产生的
④超声被缺陷反射或散射产生回波。⑤回波传播电压振幅4的估计公式。在一般情形ド,缺陷可以
到达超声探头。⑥回波被超卢探头接收转化成电在偏离轴线的任何位置。这时,公式中许多量成为
信号。⑦电信号放大和处理。③电信号转化为光方向的函数
信号在荧光屏上显示。通常把由缺陷回波在荧光屏
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