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第22卷第8期
无损檢测
Vo1 22 No8
2000年8月
NDT
ug
2000
试验研究
超声
测厚仪改进的探讨
方佳音
过元恺
(锡建材中专,无锡214000(上海材料研究所,上海200437)
摘要闻述了目前超声测厚仪的一些不足,并在探头和电路等方而提出了一些收进措施。
主题词超声檢验测厚仪探头
IMPRO VEMENTOF ULTRASONC NIICIKNESS GAGE
Fang Juy n
Guo Y wankai
(W ux i Po lytcchn ic Schoo I OFB uild in M aterials)(Shanhai Rcscarch Institutc ofm atcrials
Abstract Some sho rtcom ings of current ultra sonic th ickness gage are discussed A nd some measures for
mp roving the transducer, circu it and other parts of the gage are put fo rw ard
Keywords U Itra so n ic testing T h ickness gage Probe
1
超声波测厚仪的基本问题
中间平
中间双
多年米各类用户提出了许多关于超声波测厚仪
的闻题及要求,主要有:①测暈范围希望能达Q01
~500mm(钢厚度)。②测量分力需达到Q0lmm。
③可以测量声吸收率很大的柔性材料和粗晶材料。
④降低功耗。)缩小仪器体积。⑥可显示材料腐
蚀图象,大幅度ガ大仪器功能及提高精度。
图
图2
2问题探讨
21分辨力
要得到真正的高斯脉冲波形是比较?难的,不
为了提高分辨力,只要有办法能将相距34ns
过有些AGC晶体管有这一特性,信号低的付候增
( a Oimm厚钢的声传播吋问)的脉区别开并计数
很小,到了适当的幅度,増则大大提高,接近晶
即可,而波形失真并不重要。如果交流脉冲波形的包休管饱和区增益又ド降(图3)。我们用它的上升段
络线满足一定的条件,就可用较低频响的设备检测
米放人经波后的脉冲,就可得到近似高斯波。真正
出米。如经过检波斤的波形包络线接近高斯波正态高斯波形应符合丁下列方程式(上?部分)
分布,分辨力就高出很多。现将三角波脉冲可高斯波
脉冲进行比较就可一目了然,如果包络线为三角波
则交流脉冲波经检波后得到三角波波形此时如ダ实际得到的波形近似」yーkア线的上部分
个脉冲相距Q5个周期、叠加后是一个平顶波,两个
脉冲依然尤法分丌(图1);如果包络线为高斯波形
曲
则?脉冲仅间隔Q3个周期还可看出?个尖峰(图
2),柲易检测出来,并求出其间距,高斯波愈“消瘦”
检出能力愈强,与一般角脉冲相比可提高五倍,这
意味着对设备的频要求可降低五倍,用一般高频
迢高频器件即可攸到
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方佧音等:超声测厚仪收进的探
单氇
电路
命
IT
同步脉冲
发生器
同步脉冲C
二圾积
V
分电路
倒相
A
AGC放大器
第一级放大器
图
首先用ECL电路设计一触发脉汕发生器,脉神适用领域与採头构造、超声频、脉冲宽度和脉?强
宽度约为5ns,再由其分频得到10ns的脉冲方波,度(振幅)等有关,先假定使用环境和表面状谷等客
去触发一用ECL做的振激振荡器(?为它同一般晶观?素都没有问题,再来研究对仪器的要求
体管振激振荡器很相似)。用二级ECL“或非门”作
扩大使用领域主要是扩大测试的材料范围。有
放大器,用一宽2T的方波产生尘等幅振荡脉汕,振幅用超声波测试较困难,但义很需要用超声米测试
≤IV。カ外将原始的2て负方波脉沖经二次积分并的材料,如对声衰械较大的柔性材料(软塑料、橡胶
倒相,便得到抛物线形AGC(自动増益控制)控制防水胶等)。对这类材料主要是加强超声波的强度
波,组成AGC放大器。等幅脉汕经此AGC放大器但是强度増大,超声脉宽度必然增加,导致分郑力
后整形为近似高斯波的超声波脉沖(图4)。
降低、杂波增加,容易产生误判。一·般超声波测厚仪
以上电路现在仅做到10MHz,超声交流脉冲主要有始波(发射波)、界而一?次波(双晶探头不显
波山ガ展到5周左右。主要困难不在电路(电路很易示)、缺陥波及一次底波,有吋不需观察二次底波,其
做到200MHz),而在超声波探头,这也是超声波仪余的波均视为尔波。带延迟块单品探头使用的仅仅
器父展多年米受限制的原因。探头主要问版是晶片是一次界面波和二次界面波间的时间间隔,能探测
受高幅脉沖触发时会产生振荡(图5),如晶片值薄的材料,此时若使用高频探头(10MHz),就能探
较高,将得到一很宽的交流脉汕,使分辨力变差。所测更薄的材料.如不使用延迟块,让超声波直接进入
以希望探头Q值非常小,即一经触发,探头振荡一试样,就没有界面波,可以探测较厚的试样,但由于
周斤即停止。要做到这点很难,目前市售探头均始波较宽,无法探测2mm以下的厚度。所谓杂波,
达不到此要求。有时虽然选用特殊低の值の10)包折缺陥的多次反射波、多次底面反射波和底没迟
偏倪酸针晶片,并在背面敷设一层强阻尼材料米吸到波(图6)。一般脉超声波仪器对探头的要求见
收振湯能暈,但振荡幅度较小,不能很好穿透试。附表。
22适用范围
23探头改进
触发
永k冲
旁
次面表
晶体振
自振率
了2值
图5
图6
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