畢業(yè)論文超聲波檢測(cè)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p>　　Abstract：2</p><p><b>　　引言3</b></p><p><b>　　1、超聲波4</b></p>

2、<p>　　1.1超聲波檢測(cè)的原理4</p><p>　　1.2超聲波檢測(cè)的應(yīng)用6</p><p><b>　　2.超聲波探傷7</b></p><p>　　2.1超聲波探傷儀工作原理7</p><p>　　2.2超聲波探傷可靠性的實(shí)現(xiàn)7</p><p>　　2.3超聲波探

3、傷穩(wěn)定性的實(shí)現(xiàn)8</p><p>　　2.4 　AVG線圖的應(yīng)用10</p><p>　　2.5超聲波探傷儀的發(fā)展簡(jiǎn)史12</p><p>　　3. 空氣耦合式超聲波檢測(cè)15</p><p>　　3.1　空氣耦合式超聲波檢測(cè)技術(shù)的主要困難15</p><p>　　3.2　空氣耦合式超聲波檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展概況1

4、5</p><p>　　3.3　存在的主要問題17</p><p>　　3.4　展　　望17</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)18</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)19</b></p><p><b>　　致 謝20</b>&

5、lt;/p><p><b>　　摘要</b></p><p><b>　　超聲波檢測(cè)</b></p><p>　　(浙江海洋學(xué)院數(shù)理與信息學(xué)院 浙江 舟山 316000)</p><p>　　[摘 要]： 超聲波檢測(cè)是指用超聲波來(lái)檢測(cè)材料和工件，并以超聲波檢測(cè)儀作為顯示方式的一種無(wú)損檢測(cè)方法

6、。選用超聲波作為檢測(cè)的原因是因?yàn)槌暡暿芗性谔囟ǖ姆较蛏?，在介質(zhì)中沿直線傳播，具有良好的指向性。其次，超聲波在介質(zhì)中傳播過程中，會(huì)發(fā)生衰減和散射，且在異種介質(zhì)的界面上將產(chǎn)生反射、折射和波型轉(zhuǎn)換。利用這些特性，可以獲得從缺陷界面反射回來(lái)的反射波，從而達(dá)到探測(cè)缺陷的目的。超聲波在固體中的傳輸損失很小，探測(cè)深度大，由于超聲波在異質(zhì)界面上會(huì)發(fā)生反射、折射等現(xiàn)象，尤其是不能通過氣體固體界面。如果金屬中有氣孔、裂紋、分層等缺陷（缺陷中有氣體）

7、或夾雜，超聲波傳播到金屬與缺陷的界面處時(shí)，就會(huì)全部或部分反射。反射回來(lái)的超聲波被探頭接收，通過儀器內(nèi)部的電路處理，在儀器的熒光屏上就會(huì)顯示出不同高度和有一定間距的波形?？梢愿鶕?jù)波形的變化特征判斷缺陷在工件重的深度、位置和形狀。</p><p>　　本文主要介紹超聲波探傷技術(shù)原理、方法及其性能，并介紹超聲波探傷儀的發(fā)展。了解一種超聲波檢測(cè)技術(shù)空氣耦合式超聲波檢測(cè)技術(shù)，了解它發(fā)展存在的問題困難以及發(fā)展概況。</

8、p><p>　　[關(guān)鍵詞]：超聲波；超生波檢測(cè)；超聲波檢測(cè)設(shè)備；超聲波檢測(cè)技術(shù)</p><p>　　UITRASONIC TESTING</p><p>　　Wen Liangke</p><p>　　(School of Mathematics, Physics &Information Science, Zhejiang Ocean

9、University </p><p>　　Zhou Shan，316000)</p><p>　　Abstract：Ultrasonic testing is the use of ultrasound to detect materials and artifacts, and display of ultrasonic detector as a non-destructive te

10、sting methods. Use of ultrasonic testing because ultrasonic beam can be focused on a specific direction, in the medium travels in straight lines, has a good directivity. Secondly, the ultrasonic propagation in the medium

11、, the attenuation and scattering will occur, and the interface in heterogeneous media will produce reflection, refraction and wave-typ</p><p>　　This paper introduces the principle of ultrasonic testing techn

12、iques, methods and properties, and describes the development of ultrasonic flaw detector. Understanding of an ultrasonic detection of air-coupled ultrasonic inspection technology, understand its difficult problems in the

13、 development and the development of profiles.</p><p>　　Key words: Ultrasonic testing; Ultrasonic testing equipment; ultrasonic wave; ultrasonic inspection technique</p><p><b>　　引言</b>

14、;</p><p>　　超聲波檢測(cè)是指用超聲波來(lái)檢測(cè)材料和工件，并以超聲波檢測(cè)儀作為顯示方式的一種無(wú)損檢測(cè)方法。工業(yè)上無(wú)損檢測(cè)的方法之一。超聲波進(jìn)入物體遇到缺陷時(shí)，一部分聲波會(huì)產(chǎn)生反射，發(fā)射和接收器可對(duì)反射波進(jìn)行分析，就能異常精確地測(cè)出缺陷來(lái)．并且能顯示內(nèi)部缺陷的位置和大小，測(cè)定材料厚度等。  </p><p>　　超聲波是頻率大于 20 kHz&#

15、160;的一種機(jī)械波（相對(duì)于頻率范圍在 20 Hz ～ 20 kHz 的聲波而言）。超聲波檢測(cè)用的超聲波，其頻率范圍一般在 0.25 MHz ～ 15 MHz 之間。用于金屬材料超聲波檢測(cè)的超聲波，其頻率范圍通常在 0.5 MHz ～ 10 MHz 之間；而用

16、于普通鋼鐵材料超聲波檢測(cè)的超聲波，其頻率范圍通常為 1 MHz ～ 5 MHz。</p><p>　　超聲波是頻率高于20千赫的機(jī)械波。在超聲探傷中常用的頻率為0.5～5兆赫。這種機(jī)械波在材料中能以一定的速度和方向傳播，遇到聲阻抗不同的異質(zhì)界面（如缺陷或被測(cè)物件的底面等）就會(huì)產(chǎn)生反射。這種反射現(xiàn)象可被用來(lái)進(jìn)行超聲波探傷，最常用的是脈沖回波探傷法探傷時(shí)，脈沖振蕩器發(fā)

17、出的電壓加在探頭上（用壓電陶瓷或石英晶片制成的探測(cè)元件），探頭發(fā)出的超聲波脈沖通過聲耦合介質(zhì)（如機(jī)油或水等）進(jìn)入材料并在其中傳播，遇到缺陷后，部分反射能量沿原途徑返回探頭，探頭又將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖，經(jīng)儀器放大而顯示在示波管的熒光屏上。根據(jù)缺陷反射波在熒光屏上的位置和幅度（與參考試塊中人工缺陷的反射波幅度作比較），即可測(cè)定缺陷的位置和大致尺寸。除回波法外，還有用另一探頭在工件另一側(cè)接受信號(hào)的穿透法。利用超聲法檢測(cè)材料的物理特性時(shí)，還經(jīng)常利用

18、超聲波在工件中的聲速、衰減和共振等特性。</p><p>　　本文主要介紹超聲波檢測(cè)的原理、應(yīng)用以及發(fā)展。簡(jiǎn)單介紹超聲波探傷技術(shù)原理、方法及其性能，并介紹超聲波探傷儀的發(fā)展。了解一種超聲波檢測(cè)技術(shù)空氣耦合式超聲波檢測(cè)技術(shù)，了解它發(fā)展存在的問題困難以及發(fā)展概況。</p><p><b>　　正文</b></p><p><b>　　1.

19、超聲波 </b></p><p>　　我們知道，當(dāng)物體振動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)出聲音?？茖W(xué)家們將每秒鐘振動(dòng)的次數(shù)稱為聲音的頻率，它的單位是赫茲。人類耳朵能聽到的聲波頻率為20～20，000赫茲。因此，當(dāng)物體的振動(dòng)超過一定的頻率，即高于人耳聽閾上限時(shí)，人們便聽不出來(lái)了，這樣的聲波稱為“超聲波”。通常用于醫(yī)學(xué)診斷的超聲波頻率為1～5兆赫。超聲波具有方向性好，穿透能力強(qiáng)，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。可用

20、于測(cè)距，測(cè)速，清洗，焊接，碎石等 </p><p>　　雖然說人類聽不出超聲波，但不少動(dòng)物卻有此本領(lǐng)。它們可以利用超聲波“導(dǎo)航”、追捕食物，或避開危險(xiǎn)物。大家可能看到過夏天的夜晚有許多蝙蝠在庭院里來(lái)回飛翔，它們?yōu)槭裁丛跊]有光亮的情況下飛翔而不會(huì)迷失方向呢？原因就是蝙蝠能發(fā)出2～10萬(wàn)赫茲的超聲波，這好比是一座活動(dòng)的“雷達(dá)站”。蝙蝠正是利用這種“雷達(dá)”判斷飛行前方是昆蟲，或是障礙物的。 </p>&l

21、t;p>　　人類直到第一次世界大戰(zhàn)才學(xué)會(huì)利用超聲波，這就是利用“聲納”的原理來(lái)探測(cè)水中目標(biāo)及其狀態(tài)，如潛艇的位置等。此時(shí)人們向水中發(fā)出一系列不同頻率的超聲波，然后記錄與處理反射回聲，從回聲的特征便可以估計(jì)出探測(cè)物的距離、形態(tài)及其動(dòng)態(tài)改變。醫(yī)學(xué)上最早利用超聲波是在1942年，奧地利醫(yī)生杜西克首次用超聲技術(shù)掃描腦部結(jié)構(gòu)；以后到了60年代醫(yī)生們開始將超聲波應(yīng)用于腹部器官的探測(cè)。如今超聲波掃描技術(shù)已成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)診斷不可缺少的工具。<

22、/p><p>　　1.1超聲波檢測(cè)的原理</p><p>　　超聲波檢測(cè)是指用超聲波來(lái)檢測(cè)材料和工件、并以超聲波檢測(cè)儀作為顯示方式的一種無(wú)損檢測(cè)方法。工業(yè)上無(wú)損檢測(cè)的方法之一。超聲波進(jìn)入物體遇到缺陷時(shí)，一部分聲波會(huì)產(chǎn)生反射，發(fā)射和接收器可對(duì)反射波進(jìn)行分析，就能異常精確地測(cè)出缺陷來(lái)．并且能顯示內(nèi)部缺陷的位置和大小，測(cè)定材料厚度等。      &

23、#160;   超聲波是頻率大于 20 kHz 的一種機(jī)械波（相對(duì)于頻率范圍在 20 Hz ～ 20 kHz 的聲波而言）。超聲波檢測(cè)用的超聲波，其頻率范圍一般在 0.25 MHz ～ 15 MHz 之間。用于金屬材料超聲波檢測(cè)的超聲波，其頻率范圍通常在 0.

24、5 MHz ～ 10 MHz 之間；而用于普通鋼鐵材料超聲波檢測(cè)的超聲波，其頻率范圍通常為 1 MHz ～ 5 MHz。           超聲波是頻率高于20千赫的機(jī)械波。在超聲探傷中常用的頻率為0.5～5兆赫。這種機(jī)械波在材料中能以一定的速度

25、和方向傳播，遇到聲阻抗不同的異質(zhì)界面（如缺陷或被測(cè)物件的底面等）就會(huì)產(chǎn)生反射。這種反射現(xiàn)象可被用來(lái)進(jìn)行超聲波探傷，最常用的是脈沖回波探傷法探傷時(shí)，脈沖振蕩器發(fā)出的電壓加在探頭上（用壓電陶瓷或石英晶片制成的探測(cè)元件），</p><p>　　通常，超聲波檢測(cè)采用了不同的技術(shù)：            ——按波源不同可分

26、為：連續(xù)波、脈沖波；            ——按波型不同可分為：縱波、橫波、表面波、板波、爬波；            ——按接收方式不同可分為：回波（反射）、穿透；      &#

27、160;     ——按耦合方式不同可分為：接觸式、液浸式；            ——按探頭數(shù)不同可分為：?jiǎn)翁筋^、雙探頭、多探頭。            脈沖回波探傷法通常用于鍛件、焊縫及鑄件等

28、的檢測(cè)?？砂l(fā)現(xiàn)工件內(nèi)部較小的裂紋、夾渣、縮孔、未焊透等缺陷。被探測(cè)物要求形狀較簡(jiǎn)單，并有一定的表面光潔度。為了成批地快速檢查管材、棒材、鋼板等型材，可采用配備有機(jī)械傳送、自動(dòng)報(bào)警、標(biāo)記和分選裝置的超聲探傷系統(tǒng)。除探傷外，超聲波還可用于測(cè)定材料的厚度,使用較廣泛的是數(shù)字式超聲測(cè)厚儀,其原理與脈沖回波探傷法相同，可用來(lái)測(cè)定化工管道、船體鋼板等易腐蝕物件的厚度。利用測(cè)定超聲波在材料中的聲速、衰減或共振頻率可測(cè)定金屬材料的晶粒度、彈性模量(見拉

29、伸試驗(yàn))、硬度、內(nèi)應(yīng)力、鋼的淬硬層深度、球墨鑄鐵的球化程度等。此外，穿透式超聲法在檢驗(yàn)纖維增強(qiáng)塑料和蜂</p><p>　　超聲波檢測(cè)法的優(yōu)點(diǎn)是：穿透能力較大，例如在鋼中的有效探測(cè)深度可達(dá)1米以上;對(duì)平面型缺陷如裂紋、夾層等，探傷靈敏度較高，并可測(cè)定缺陷的深度和相對(duì)大小；設(shè)備輕便，操作安全，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢驗(yàn)。       缺點(diǎn)是：不易檢查形狀復(fù)雜的工件，要求被

30、檢查表面有一定的光潔度，并需有耦合劑充填滿探頭和被檢查表面之間的空隙，以保證充分的聲耦合。對(duì)于有些粗晶粒的鑄件和焊縫，因易產(chǎn)生雜亂反射波而較難應(yīng)用。此外，超聲波檢測(cè)還要求有一定經(jīng)驗(yàn)的檢驗(yàn)人員來(lái)進(jìn)行操作和判斷檢測(cè)結(jié)果。</p><p>　　超聲波檢測(cè)主要用于探側(cè)試件的內(nèi)部缺陷，它的應(yīng)用十分廣泛。超聲波檢測(cè)屬于反射波檢測(cè)法，即根據(jù)反射波的強(qiáng)弱和傳播時(shí)間來(lái)判斷缺陷的大小和位置。超聲波檢測(cè)的頻率范圍為0.4-25MHz，

31、其中用得最多的是1~5 MHz。</p><p>　　按超聲波檢測(cè)原理劃分：包括脈沖反射法、穿透法和共振法三種。目前用得最多的是脈沖反射法。 </p><p>　　按超聲波探傷圖形的顯示方式劃分：有A型顯示、B型顯示、C型顯示等。目前用得最多的是A型顯示探傷法。 </p><p>　　按探傷波型分類，脈沖反射法大致可分為直射探傷法（縱波探傷法）、斜射探傷法（橫波探傷

32、法）、表面波探傷法和板波探傷法4種。用的較多的是縱波和橫波探傷法。 </p><p>　　按探傷時(shí)使用的探頭數(shù)目分：有單探頭法，雙探頭法，多探頭法3種。用得最多的是單探頭法。 </p><p>　　按接觸方法分類：有直接接觸法和水浸法兩種。直接接觸法的操作要領(lǐng)是，在探頭和試件表面之間涂上耦合劑，以消除空隙，讓超聲波能順利地進(jìn)入被檢工件。耦合劑可以用機(jī)油、水、甘油或水玻璃等。用水浸法時(shí)，探頭

33、和試件之間有水層，超聲波通過水層傳播，受表面狀態(tài)影響不大，可以進(jìn)行穩(wěn)定的探傷。</p><p>　　1.2超聲波檢測(cè)的應(yīng)用</p><p>　　超聲波檢測(cè)可應(yīng)用于對(duì)接焊縫、角焊、板材、管材、棒材、鍛件，以及復(fù)合材料等；對(duì)面積型缺陷的檢出率較高，對(duì)體積型缺陷的檢出率較低；適宜檢測(cè)厚度較大的工件，檢測(cè)成本較低、速度快、檢測(cè)儀器攜帶方便。其局限性在于無(wú)法得到缺陷直觀圖象、定性困難，定量精度不高；

34、檢測(cè)結(jié)果無(wú)直接見證記錄；且對(duì)材質(zhì)、晶粒度有一定要求。</p><p>　　無(wú)損檢測(cè)是現(xiàn)代工業(yè)許多領(lǐng)域中保證產(chǎn)品質(zhì)量與性能、穩(wěn)定生產(chǎn)工藝的重要手段。當(dāng)今世界各發(fā)達(dá)國(guó)家都越來(lái)越重視無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門中的作用, 日本最近制定的21 世紀(jì)優(yōu)先發(fā)展四大技術(shù)領(lǐng)域之一的設(shè)備延壽技術(shù)中, 把無(wú)損檢測(cè)放在十分重要的位置。</p><p>　　超聲檢測(cè)是一種重要的無(wú)損檢測(cè)技術(shù), 由于它的穿透能力強(qiáng)、

35、對(duì)人體無(wú)害, 已較廣泛應(yīng)用于工業(yè)及高技術(shù)產(chǎn)業(yè)中。近期召開的國(guó)際與全國(guó)性無(wú)損檢測(cè)學(xué)術(shù)會(huì)議上, 超聲檢測(cè)方面(含聲發(fā)射) 的論文數(shù)量都幾乎占到總數(shù)的一半, 成為學(xué)術(shù)研究的活躍分支。</p><p>　　十余年來(lái)推動(dòng)超聲檢測(cè)發(fā)展的主要因素是① 工業(yè)生產(chǎn)中的質(zhì)量意識(shí)不斷提高以及在役設(shè)備壽命預(yù)測(cè)技術(shù)的要求。② 諸如復(fù)合材料和精細(xì)陶瓷等新材料的應(yīng)用, 使傳統(tǒng)的超聲檢測(cè)方法遇到障礙, 促使人們探索采用若干特殊的超聲檢測(cè)途徑。③

36、 微機(jī)技術(shù)的3 國(guó)家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào)19574039 及19604010)與國(guó)家教委跨世紀(jì)優(yōu)秀人才培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目突飛進(jìn)帶動(dòng)了傳統(tǒng)超聲檢測(cè)技術(shù)水平的提高, 使其獲得的結(jié)果更直觀可靠, 還能方便地以二維或三維形式成象。④ 現(xiàn)代信息科學(xué)為超聲檢測(cè)的發(fā)展注入了新的活力, 由此可對(duì)一些復(fù)雜的檢測(cè)信號(hào)與過程作出迅速有效的提取與解讀。⑤ 特殊的構(gòu)件對(duì)超聲檢測(cè)提出了非接觸的要求, 促使超聲檢測(cè)從換能方法上有了新的突破。 超聲波檢測(cè)在醫(yī)學(xué)上也有

37、應(yīng)用。人耳的聽覺范圍有限度，只能對(duì)16-20000赫茲的聲音有感覺，20000赫茲以上的聲音就無(wú)法聽到，這種聲音稱為超聲。和普通的聲音一樣，超聲能向一定方向傳播，而且可以穿透物體，如果碰到障礙，就會(huì)產(chǎn)生回聲，不相同的障礙物就會(huì)產(chǎn)生不相同的回聲，人們通過儀器將這種回聲收集并顯示在屏幕上，可以用來(lái)了解物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。利用這種原理，人們將超聲波用</p><p><b>　　2.超聲波探傷</b>

38、</p><p>　　超聲波探傷是無(wú)損檢驗(yàn)的一種方法。常用探傷方法有: 接觸法、液浸法、反射法、穿透法。廣泛用于鍋爐、高壓容器、船舶、航空、航天、鐵路、橋梁建筑、化工機(jī)械、冶金、原材料等非破壞性檢測(cè)。優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、穿透力強(qiáng)、探傷靈活、儀器輕便、效率高、成本低, 對(duì)人體無(wú)害。超聲波探傷可把探傷工作做得更快、更準(zhǔn)確、更可靠?？煽渴欠浅Ｖ匾? 是一切檢測(cè)工作的生命線, 不可靠的檢測(cè)可能比沒有檢測(cè)更危險(xiǎn)。</p

39、><p>　　2.1超聲波探傷儀工作原理</p><p>　　發(fā)射部分定時(shí)重復(fù)產(chǎn)生激勵(lì)電脈沖。激勵(lì)電脈沖的幅度一般為幾百伏到一千多伏。它經(jīng)壓電換能器轉(zhuǎn)換為超聲脈沖。超聲脈沖在被檢測(cè)工件中傳播、反射。反射脈沖傳到接收換能器被轉(zhuǎn)換成電脈沖, 傳給探傷儀的接收部分。由于接收到的電脈沖可能很強(qiáng),也可能很弱, 故接收部分既能用衰減器把強(qiáng)信號(hào)減弱到幾萬(wàn)分之一, 也能用放大器把弱信號(hào)放大幾萬(wàn)倍。接收部分把這

40、些脈沖放大或衰減后, 傳給顯示部分顯示在熒光屏上。在熒光屏上, 橫坐標(biāo)與聲波傳播時(shí)間成正比, 縱坐標(biāo)與脈沖幅度成反比。原理圖如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 超聲波探傷原理圖</p><p>　　Figure 2-1 Schematic diagram of ultrasonic flaw detection</p><p>　　2.2超聲波探傷可靠性

41、的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　超聲波探傷儀的可靠性和穩(wěn)定性作為探傷的原則, 開展對(duì)探傷儀的檢定工作, 可以大大提高探傷工作的可靠性。超聲波探傷儀的檢定依據(jù)JJ G746 —1991《超聲探傷儀》檢定規(guī)程。對(duì)超聲波探傷儀的主要性能———垂直線性、水平線性、衰減誤差、動(dòng)態(tài)范圍以及最大使用靈敏度等進(jìn)行檢定。另外對(duì)比試塊材料與受檢件的成分, 組織聲學(xué)特性應(yīng)一致或相似。對(duì)比試塊材料的內(nèi)部純凈度利用入射角為0°的直射

42、超聲波, 在規(guī)定的工作頻率和靈敏度下進(jìn)行掃查, 不得有大于或等于比受檢件材料允許的噪聲低6dB 的任何信號(hào)。對(duì)比試塊每5 年應(yīng)檢定一次。</p><p>　　2.3超聲波探傷穩(wěn)定性的實(shí)現(xiàn)</p><p><b>　　2.31探傷方法</b></p><p>　　探傷方法是保證探傷結(jié)果準(zhǔn)確與否的前提條件。因此根據(jù)工件的形狀、缺陷特點(diǎn)、材料性質(zhì)及探

43、傷要求, 準(zhǔn)確無(wú)誤地進(jìn)行探傷。</p><p>　　2.32耦合劑的影響</p><p>　　耦合是實(shí)現(xiàn)聲能傳遞的必由途徑, 耦合劑是探頭聲源與工件這兩種固體之間實(shí)現(xiàn)聲能傳遞、保證軟接觸所必需的傳聲介質(zhì), 它在二者界面上排除空氣, 填充不平的凹坑和間隙, 并兼有防磨損、方便移動(dòng)的功能。耦合損耗與耦合層厚度d 及耦合層中超聲波波長(zhǎng)λ有關(guān)。圖2-2 2125MHz 直探頭用錠子油作耦合劑時(shí)測(cè)得

44、耦合層厚度與回波高度之間關(guān)系曲線。從圖2-2 中可以看出, 在d <λ/ 4 范圍內(nèi), 隨d/λ的增大, 耦合損耗增大, 在d =λ/ 4 時(shí), 耦合損耗最大。在d = (2 n - 1) λ/ 4 時(shí), 耦合損耗均較大, 聲能透過率較小, 當(dāng)d = n·λ/ 2 時(shí), 聲能透過率較大,耦合圖損耗較小。常用的耦合劑有機(jī)油、柴油、變壓器油、錠子油、水、甘油、漿糊等。</p><p>　　圖 2-2

45、耦合層厚度與回波高度之間關(guān)系圖</p><p>　　Figure 2-2 High degree of coupling between the thickness and echo graph</p><p>　　2.33檢驗(yàn)面的要求</p><p>　　探測(cè)面的粗糙度也是影響耦合損耗的因素。圖2-3為使用不同聲阻抗耦合劑時(shí)工件表面粗糙度對(duì)回波高度的影響, 橫坐標(biāo)

46、為表面粗糙度的平均高度Rz , 它決定了耦合層的厚度, 即d = Rz 。</p><p>　　圖2-3 表面粗糙度、耦合劑聲阻抗對(duì)耦合損耗的影響圖</p><p>　　Table 2-3 Surface roughness, the acoustic impedance of the coupling agent influence diagram of the coupling los

47、s</p><p>　　由圖2-3 可知, 耦合劑聲阻抗越大, 越接近于晶片和工件的聲阻抗, 工件表面粗糙度越小, 即光潔度越高, 則耦合損耗越小, 透聲性能越好。探傷的工件表面加工粗糙度: 接觸法對(duì)于A 級(jí)檢驗(yàn)應(yīng)等于或優(yōu)于Ra312μm , 對(duì)于B 級(jí)檢驗(yàn)應(yīng)等于或優(yōu)于Ra613μm ,液浸法粗糙度應(yīng)等于或優(yōu)于Ra25μm。</p><p>　　2.34工作頻率的選擇</p>

48、<p>　　工作頻率的選擇是由被測(cè)材料的性質(zhì)和探傷要求決定的, 對(duì)鑄鐵、未鍛件等可選用較低頻率, 如1125MHz ; 對(duì)晶粒度細(xì)的材料, 如鍛鋼、拉拔鋁制件等則用215MHz、5MHz 甚至10MHz。工作頻率高, 則探傷靈敏度高、方向性好、分辨能力強(qiáng)、始波寬度小等, 有利于發(fā)現(xiàn)和評(píng)定缺陷; 但頻率高不易穿透晶粒度較粗的工件。而工作頻率低則分辨率也較低, 但穿透力強(qiáng)有利于克服材料的衰減。一般常用工作頻率為215MHz 和5

49、MHz。</p><p>　　2.35探頭類型的選擇</p><p>　　探頭類型的選擇應(yīng)根據(jù)工件可能產(chǎn)生缺陷的部位和方向、工件的幾何形狀和探測(cè)面情況進(jìn)行選擇。探頭晶片尺寸較大時(shí), 探頭入射至反射體的能量也大, 即有p = p0πD2 / 4λS ; 又因θ = sin - 11122λ/ D 故D 大時(shí)指向角較小、聲束指向性好,能量相對(duì)集中, 發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)距離小缺陷能力強(qiáng), 即遠(yuǎn)場(chǎng)檢測(cè)靈敏度較

50、高, 適于厚度工件探傷。反之, 晶片尺寸較小時(shí), 近場(chǎng)短, 且近距離聲束較窄, 有利于缺陷定位。但遠(yuǎn)場(chǎng)聲束擴(kuò)散大, 故宜用于較小厚度工件探件。如圖2-4 所示。</p><p>　　圖 2-4 不同晶片尺寸所產(chǎn)生的場(chǎng)擴(kuò)散情況圖</p><p>　　Figure 2-4 Chip size produced by different spread of the field map</p

51、><p>　　2.4 AVG線圖的應(yīng)用</p><p>　　2.41通用AVG線圖的應(yīng)用</p><p>　　AVG曲線描述了距離—增益量—缺陷尺寸三者之間的關(guān)系, 它能方便地用來(lái)進(jìn)行缺陷當(dāng)量的計(jì)算,所以它是一種主要的缺陷定量方法。相對(duì)缺陷距離A , 是以探頭近場(chǎng)長(zhǎng)度N 為單位來(lái)衡量的反射體距離, 即A = N/ S 。通用AVG 線圖中以A 作為橫坐標(biāo), 并用常用對(duì)數(shù)

52、來(lái)刻度。相對(duì)缺陷尺寸G , 是以探頭晶片直徑D 為單位來(lái)衡量的反射體直徑, 即G=Φ/ D 。通用AVG 線圖中對(duì)應(yīng)一個(gè)G 就有一條相應(yīng)的曲線, 相鄰G 值之間的變化也是常用對(duì)數(shù)規(guī)律。波幅增益量V (單位dB) , 它表示反射聲壓相對(duì)于起始聲壓的dB 值。通用AVG 線圖中以V (單位dB)作為縱坐標(biāo), 采用十進(jìn)制常用坐標(biāo)。圖2-5 為平底孔AVG線圖。</p><p>　　圖2-5平底孔AVG線圖</p&

53、gt;<p>　　Figure 2-5 Bottom line graph AVG</p><p>　　由圖2-5 可見, 在A < 1 即近聲場(chǎng)內(nèi), 難以據(jù)超聲反射幅度判斷缺陷當(dāng)量, 而在A > 1 即遠(yuǎn)聲場(chǎng)時(shí), 超聲回波幅度隨距離單調(diào)下降。(若探傷區(qū)位于近聲場(chǎng)內(nèi), 需使用試塊法; 在遠(yuǎn)場(chǎng)時(shí), 則采用AVG 曲線法。)</p><p><b>　　2.

54、42舉例說明</b></p><p>　　實(shí)用AVG線圖是在通用AVG線圖基礎(chǔ)上經(jīng)坐標(biāo)變換得到的, 是針對(duì)某一確定的探頭晶片和探測(cè)頻率制作的, 實(shí)用AVG 線圖的橫坐標(biāo)為反射體實(shí)際聲程讀數(shù), 以厘米(cm) 或毫米(mm) 為單位;縱坐標(biāo)為dB 讀數(shù), 圖2-6 中每一條曲線直接表示某一相應(yīng)反射體當(dāng)量尺寸。下面用圖2-6 舉例說明實(shí)用AVG線圖用于校正探測(cè)靈敏度和確定缺陷當(dāng)量的用法。</p>

55、;<p>　　用215MHz、<20 直徑探頭探測(cè)厚度為300mm的鍛鋼件, 要求大于<3 當(dāng)量缺陷不漏檢, 問利用工件底面如何校正探測(cè)靈敏度? 以此靈敏度探測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)距探測(cè)面200mm 處有一缺陷, 其波高為19dB , 求此缺陷當(dāng)量?</p><p>　　解: ①使用相應(yīng)于215MHz , <20 直探頭的實(shí)用AVG線圖(即圖2-6) 。</p><p>

56、　　由題意可知: S = SB = Sf=300mm , <f = 3mm。</p><p>　　從圖2-6 中橫坐標(biāo)S = 300mm 處作其垂線交B 線于點(diǎn)P , 同時(shí)交<f = 3mm 曲線于Q 點(diǎn), 分別從P、Q 作縱坐標(biāo)垂線, 得到V B = 57dB , V f = 22dB。</p><p>　　靈敏度調(diào)整量= V f - V B = ( 22 - 57) dB

57、=- 35dB。</p><p>　　圖 2-6 2.5MHZ、∮20直徑探頭實(shí)用AVG線圖</p><p>　　Figure 2-6 2.5MHZ, ∮ 20 chart diameter probe utility AVG</p><p>　?、谟深}意可知, 用300/ <3 靈敏度( Q 點(diǎn)為靈敏度基準(zhǔn)點(diǎn)) 探測(cè), 缺陷聲程為Sf = 200mm , 波

58、高為19dB , 因此只要從Q 點(diǎn)向上平移19dB , 并與橫坐標(biāo)Sf = 200mm 處的橫坐標(biāo)垂線交于Q′,則此Q′點(diǎn)對(duì)應(yīng)的當(dāng)量曲線值<f = 6mm 就是所求缺陷。</p><p>　　2.5超聲波探傷儀的發(fā)展簡(jiǎn)史</p><p>　　2.51.國(guó)外超聲波探傷儀發(fā)展簡(jiǎn)史</p><p>　　蘇聯(lián)薩哈諾夫于1929年最早提出利用穿透法檢查固體內(nèi)部結(jié)構(gòu), 以

59、后利用連續(xù)超聲波在實(shí)驗(yàn)室研究成功。由于是穿透法, 分辨率差, 操作又不便, 未能用于工程檢測(cè)。</p><p>　　第二次世界大戰(zhàn)期間, 以聲脈沖反射為基礎(chǔ)的聲納設(shè)備在法國(guó)間世, 并成功地用于水下潛艇檢測(cè)。在聲納技術(shù)的基礎(chǔ)上, 美、英兩國(guó)分別于1944年和1946年研制成功脈沖反射式超聲波探傷儀, 并逐步用于鍛鋼和厚鋼板的探傷。50年代初, 世界各主要工業(yè)國(guó)家相繼采用脈沖反射式超聲波探傷儀對(duì)鋼鐵、造船和機(jī)械制造部

60、分材料進(jìn)行探傷。</p><p>　　當(dāng)時(shí)超聲波探傷儀是建立在電子管器件和石英壓電晶體的基礎(chǔ)上, 進(jìn)行材料內(nèi)部有無(wú)缺陷的定性探傷。因此難以建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn), 影響其推廣使用。</p><p>　　50年代以壓電陶瓷晶片取代切割石英晶片,最初應(yīng)用壓電陶瓷是欽酸鋇, 隨后出現(xiàn)了眾多的不同成分組成的壓電陶瓷, 如錯(cuò)鐵酸鉛、欽酸鉛、偏妮酸鉛等, 它為生產(chǎn)不同性能要求的換能器提供了條件, 壓電薄膜的出現(xiàn)

61、為生產(chǎn)高頻、液浸式超聲波換能器提供了基礎(chǔ)。這些都便于成型和批量生產(chǎn), 為超聲波探傷儀的推廣創(chuàng)造了條件。標(biāo)準(zhǔn)試塊的使用, 以試塊標(biāo)準(zhǔn)缺陷為參照的當(dāng)量比較法及距離波幅曲線為判傷標(biāo)準(zhǔn)的建立及近代探傷技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。</p><p>　　1964年是超聲檢測(cè)儀器發(fā)展史上的重要一年,電子元器件和電子技術(shù)設(shè)計(jì)的進(jìn)步, 使超聲波探傷儀在脈沖發(fā)射的性能、放大器增益、線性等特性上有較大的改進(jìn)。定量方法的提出, 提高了超聲波探傷結(jié)果

62、的可比性和探測(cè)結(jié)果的可信性。60年代末, 各種試塊的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化促進(jìn)了超聲波探傷儀主要技術(shù)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化、超聲波換能器性能的優(yōu)化和系列化。自40年代超聲波探傷儀問世到70年代超聲波探傷儀半導(dǎo)體化的實(shí)現(xiàn), 探傷儀的能耗大大下降, 特別是集成化電路的應(yīng)用, 由充電電池供電的超聲波探傷儀間世, 體積重量逐步減小, 性能指標(biāo)逐步提高, 使超聲波探傷可在無(wú)電網(wǎng)供電的場(chǎng)合下進(jìn)行。在各種超聲彼探傷標(biāo)準(zhǔn)的支持下, 超聲探傷方法廣泛用于機(jī)械、冶金、電力、

63、鐵道、石化、航空、造船、建筑等行業(yè)的材料和構(gòu)件探傷, 還形成了鋼軌超聲探傷的專用機(jī)和各種多通道超聲波自動(dòng)探傷儀。</p><p>　　自動(dòng)超聲探傷, 采用模擬式多通道探傷儀, 不管是在線或離線, 存在的難題是缺陷的當(dāng)量判別, 因?yàn)殪o態(tài)下缺陷回波高度與動(dòng)態(tài)時(shí)不同, 更重要的是動(dòng)態(tài)波形難以觀察, 特別是探傷速度提高后, 無(wú)法用人眼觀察回波, 只能用閘門內(nèi)閡值報(bào)警及記錄的方法。而實(shí)際上, 自動(dòng)超聲檢測(cè)系統(tǒng)一般均在強(qiáng)電于

64、擾的情況下工作, 超聲檢測(cè)的信號(hào)噪聲比很差, 嚴(yán)重地影響自動(dòng)探傷的可靠性。</p><p>　　隨著70年代計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展, 計(jì)算機(jī)的性能價(jià)格比提高, 使計(jì)算機(jī)有可能應(yīng)用于自動(dòng)超聲檢測(cè)信號(hào)處理中, 即將檢測(cè)到的超聲回波信號(hào), 經(jīng)A/D變換后, 進(jìn)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng), 進(jìn)行處理。由于計(jì)算機(jī)的介入, 一方面提高了設(shè)備的抗干擾能力;另一方面, 利用計(jì)算機(jī)的運(yùn)算功能, 實(shí)現(xiàn)了對(duì)缺陷信號(hào)的自動(dòng)讀數(shù)、自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)補(bǔ)償、定量和報(bào)

65、警。儀器的通道數(shù)越多, 各通道自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的特點(diǎn)就越明顯。因此計(jì)算機(jī)的應(yīng)用, 使自動(dòng)超聲檢測(cè)技術(shù)得到了較快的發(fā)展。</p><p>　　隨著大規(guī)模集成電路和微機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展,1983年德國(guó)KK公司推出第一臺(tái)便攜式數(shù)字化超聲波探傷儀USD1型, 采用的是Z80CPU,盡管重量較重、體積較大、功能較差, 但其自動(dòng)設(shè)置DAC曲線、自動(dòng)判傷、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和打印輸出功能已顯示出數(shù)字化超聲波探傷儀強(qiáng)大的生命力。</p&g

66、t;<p>　　1986年起, 世界各主要工業(yè)國(guó)家數(shù)字化超聲波探傷儀得到迅速發(fā)展, 目前新一代用于生產(chǎn)的超聲波探傷儀, 正進(jìn)一步向小型化和多功能化發(fā)展。</p><p>　　2.52 國(guó)內(nèi)超聲波探傷儀發(fā)展簡(jiǎn)史</p><p>　　我國(guó)50年代初引進(jìn)蘇聯(lián)超聲波探傷儀, 初期長(zhǎng)春應(yīng)用物理所的查天錫、向明等仿制了加拿大生產(chǎn)的超聲波探傷儀,1953 年上海材料研究所前身綜合應(yīng)用研究所

67、也去長(zhǎng)春仿制了加拿大生產(chǎn)的超聲波探傷儀, 并與長(zhǎng)春所一起在工業(yè)生產(chǎn)中推廣超聲波探傷技術(shù), 與此同時(shí), 上海江南造船廠的吳繩武等人試制出超聲波探傷儀, 小批量生產(chǎn)推向市場(chǎng)。60年代,先后形成上海儀器廠原中原電器廠、營(yíng)口探傷儀器廠、武漢電子儀器廠和汕頭超聲波儀器廠等超聲波儀器專業(yè)生產(chǎn)廠,</p><p>　　80年代初, 國(guó)內(nèi)各生產(chǎn)廠研制生產(chǎn)的超聲波探傷儀的放大器線性、動(dòng)態(tài)范圍、靈敏度余量、當(dāng)量讀數(shù)精度等主要技術(shù)指標(biāo)

68、均有大幅度提高, 較好地滿足了超聲探傷技術(shù)的需要。特別值得一提的是,1980年汕頭超聲儀器廠推出的CTS一22型超聲波探傷儀的主要性能指標(biāo)與當(dāng)時(shí)國(guó)際同類儀器水平相當(dāng), 而且外形美觀, 穩(wěn)定性、可靠性均有很大的提高, 因此深受國(guó)內(nèi)用戶好評(píng)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì), 該機(jī)已銷售15000臺(tái)以上。</p><p>　　國(guó)內(nèi)儀器水平的提高, 也為我國(guó)與國(guó)際間建立交流、合作與互認(rèn)創(chuàng)造了一定的條件。</p><p&

69、gt;　　我國(guó)計(jì)算機(jī)與超聲檢測(cè)技術(shù)的結(jié)合始于70年代末, 當(dāng)時(shí)中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所等單位開始研究計(jì)算機(jī)在超聲檢測(cè)中的應(yīng)用問題, 重點(diǎn)是研究超聲信號(hào)的采集、量化和信號(hào)處理間題。80年代隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展, 計(jì)算機(jī)輔助的超聲成象系統(tǒng)和自動(dòng)超聲探傷系統(tǒng)得到迅速發(fā)展。并出現(xiàn)用于生產(chǎn)檢測(cè)的計(jì)算機(jī)化的C掃描、P掃描超聲成象系統(tǒng), 各種管材和棒材自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)和晶粒度超聲檢測(cè)系統(tǒng)等。各種成象方法的研究, 如衍射CT成象、合成孔徑聚焦成象(STFT)、A

70、LOK成象均取得可喜進(jìn)展。</p><p>　　大規(guī)模集成電路的發(fā)展, 為我國(guó)便攜式數(shù)字化超聲波探傷儀的研制創(chuàng)造了良好的條件。1989年中科院武漢物理所武漢科聲技術(shù)公司研制成功國(guó)內(nèi)第一臺(tái)全數(shù)字化超聲波探傷儀(KS1010型), 并于1990年批量推向市場(chǎng), 與此同時(shí)中科院聲學(xué)所數(shù)字、模擬組合式電腦超聲波探傷儀亦研制成功, 推向市場(chǎng)。從而推進(jìn)了我國(guó)新一代數(shù)字化超聲波探傷儀的發(fā)展。目前數(shù)字化超聲波探傷儀已開始形成規(guī)模

71、生產(chǎn), 得到推廣使用。</p><p>　　超聲波換能器是產(chǎn)生和接收超聲信號(hào)的器件,是超聲波探傷儀的核心部件。國(guó)內(nèi)超聲波探傷研究、使用和探傷儀生產(chǎn)單位在一段時(shí)間曾非常重視超聲探頭性能對(duì)超聲探傷結(jié)果的影響, 千方百計(jì)提高超聲探頭的技術(shù)指標(biāo)和性能。但近幾年來(lái)隨著小型超聲探頭生產(chǎn)廠的大量出現(xiàn), 雖在推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步和活躍市場(chǎng)方面起到一定作用, 但也造成超聲探頭市場(chǎng)的混亂。隨意使用不合格探頭進(jìn)行探傷的現(xiàn)象屢見不鮮, 對(duì)原本不

72、夠重視探頭性能的探傷者來(lái)說, 其探傷結(jié)果的可靠性、可比性都存在很大間題。</p><p>　　近代探傷技術(shù)最重要的發(fā)展是定量化程度的提高, 因此探頭的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化是關(guān)鍵。對(duì)于我國(guó)超聲探傷人員來(lái)說, 把超聲探頭看作超聲探傷儀的關(guān)鍵部件, 重視探頭性能、質(zhì)量, 合理地選擇探頭型號(hào)、規(guī)格和技術(shù)指標(biāo)是探傷結(jié)果可靠性的重要保證。因此, 如何使超聲探傷用換能器性能標(biāo)準(zhǔn)化, 應(yīng)該提到日程上, 并引起質(zhì)量監(jiān)督部門的重視, 這對(duì)

73、于探傷結(jié)果的可靠性和可比性是極其重要的。</p><p>　　3. 空氣耦合式超聲波檢測(cè)</p><p>　　超聲波在無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用, 但傳統(tǒng)的檢測(cè)方法需要使用專門耦合劑或用水浸法來(lái)減少超聲波在空氣中傳播的損失, 限制了它的適用范圍。空氣耦合式超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)較好地彌補(bǔ)了這方面的不足, 其非接觸、非侵入、完全無(wú)損的特點(diǎn), 特別是能夠?qū)崿F(xiàn)快速在線掃查, 有著很好的應(yīng)用前景, 但傳

74、統(tǒng)的壓電陶瓷的換能器無(wú)法作為空氣耦合換能器, 因此, 研制以空氣為耦合層的超聲波換能器是該技術(shù)的研究重點(diǎn)。隨著顯微機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展以及高分子材料技術(shù)的進(jìn)步, 高效率、高靈敏度的空氣耦合式超聲波換能器的制作取得了較大的突破, 加上低噪聲, 高增益的放大器的研制及計(jì)算機(jī)信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展, 使空氣耦合式超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步, 并在一些領(lǐng)域獲得了較好的應(yīng)用成果。</p><p>　　3.1　空氣耦合式超聲

75、波檢測(cè)技術(shù)的主要困難</p><p>　　空氣同檢測(cè)對(duì)象之間巨大的特性聲阻抗差以及空氣對(duì)高頻聲波較大的吸收率, 使普通壓電陶瓷的換能器無(wú)法實(shí)現(xiàn)非接觸檢測(cè)。表1 給出了超聲波在幾種常見介質(zhì)中傳輸?shù)奶匦月曌杩?Z) 和傳輸系數(shù)(T ) , 其中, 特性聲阻抗定義為Z= QV , 其單位為: kgöm 2 s, 用Ray1 表示。傳輸系數(shù)T 表明了超聲波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)中時(shí)能量損失的情況, 是Z 的函

76、數(shù): T =4Z1Z2ö(Z1+ Z2) 2, 無(wú)量綱。</p><p>　　表3-1　常見介質(zhì)的特性聲阻抗和傳輸系數(shù)</p><p>　　Table 3-1 Common characteristics of the medium acoustic impedance and transmission coefficient</p><p>　　從表3-

77、1 中可以看出, 超聲波在從空氣入射到被測(cè)試塊, 要損失大約80dB, 當(dāng)其再出射到空氣中還要發(fā)生同樣的衰減, 大約要損失150dB 以上。因此, 巨大的特性阻抗差是空氣耦合超聲檢測(cè)技術(shù)一個(gè)主要困難。另外, 空氣對(duì)高頻超聲波的高吸收率也是不容忽視的,可以用衰竭距離(信號(hào)振幅減弱至其初始值的1öe 的距離) 來(lái)表示, 其與頻率成反比關(guān)系, 當(dāng)頻率為1MHz時(shí), 大概為5cm , 而到了4MHz 時(shí), 僅為311mm, 也就是說,

78、 留給該技術(shù)的空間僅有幾個(gè)厘米。正因?yàn)槿绱? 此項(xiàng)技術(shù)在很長(zhǎng)一段時(shí)間里并沒有得到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　3.2　空氣耦合式超聲波檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展概況</p><p>　　近年來(lái), 空氣耦合式超聲波檢測(cè)技術(shù)的研究重點(diǎn)主要是在空氣耦合式超聲波換能器研制和具體的檢測(cè)應(yīng)用上。高效率、高靈敏度的空氣耦合式換能器的研究是此項(xiàng)技術(shù)的核心, 主要有兩個(gè)方向: (1) 從傳統(tǒng)的壓電陶瓷超聲換能器出發(fā)

79、, 通過增加耦合層的方法制作適應(yīng)以空氣作介質(zhì)的換能器; (2) 采用顯微加工技術(shù)制作靜電換能器。1995 年,W. A. Grandia 系統(tǒng)地闡述了這兩種方法的基本原理和制作方法, 并作了相應(yīng)的比較。</p><p>　　在耦合層的研究上, 主要有3個(gè)問題: (1) 尋找低特性聲阻, 低衰減率, 具有足夠的機(jī)械Q 值的耦合材料。(2) 要將符合條件的材料加工成厚度合適(Kö4 厚度被證明是比較理想的)

80、 的耦合層, (3) 要將制作出來(lái)的耦合層加到壓電陶瓷制作的超聲波換能器上。對(duì)材料的選擇, 主要集中在多孔復(fù)合材料上, 高纖維復(fù)合材料, 硅氣凝膠等, T. Gomez 經(jīng)過對(duì)多種材料特性的研究, 提出了兩種比較理想的材料聚聚醚砜和尼龍, 另外在一些特殊的應(yīng)用上可以使用的混合纖維素脂(M ixed cellalo seesters) 和聚二氟乙烯PVDF, 基本上解決了材料的選擇問題。目前隨著顯微加工技術(shù)的進(jìn)步, 所需厚度薄膜的制備已經(jīng)

81、可以完成, 但由于這樣的膜往往很脆, 很難附到換能器的表面上, 并且單層膜的耦合性能是比較差的, 因此, 一般采用雙層或三層膜的制作方法,對(duì)耦合層要求的技術(shù)指標(biāo)也有了比較清楚的界定, 為以后商業(yè)化和實(shí)用化研究提供了基本的依據(jù)。靜電換能器的基本原理是將一面金屬化處理后的薄膜附在表面均勻分布小孔的導(dǎo)體基板上, 形成許多小氣穴, 當(dāng)給基板和薄膜之間加直流偏壓時(shí), 由于靜電力的作用,</p><p>　　圖6-2　靜電換

82、能器原理圖</p><p>　　Figure 6-2 Electrostatic transducer schematic</p><p>　　隨著換能器研究的進(jìn)展, 利用已有的超聲波檢測(cè)系統(tǒng), 通過適當(dāng)?shù)母脑靵?lái)進(jìn)行無(wú)接觸檢測(cè)是一個(gè)應(yīng)用研究重點(diǎn)。例如通過增加低噪高增益前置放大器, 盡可能地提高信噪比, 已經(jīng)出現(xiàn)達(dá)到100dB 增益的低噪聲放大器。R. Stoessel 等利用以硅橡膠作為耦

83、合層的壓電式換能器采用C 掃描的方法對(duì)幾種復(fù)合材料的缺陷檢測(cè)進(jìn)行了研究; E. Blomme 等在較寬的頻率范圍內(nèi)對(duì)一些典型材料: 布料上的涂層, 鋁板、鋼板、薄鑄件中的缺陷利用此方法進(jìn)行檢測(cè), 得到比較滿意的結(jié)果; 在造紙業(yè)中利用該技術(shù)進(jìn)行了測(cè)厚和測(cè)濕;另外還進(jìn)行了在線涂層監(jiān)測(cè)的應(yīng)用研究。在靜電換能器的應(yīng)用上, Tat Hean Gan 等采用聚焦方式進(jìn)行表面成像, 得到了較高的成像精度, 由于可以實(shí)現(xiàn)在無(wú)光照和高溫等環(huán)境中應(yīng)用, 在

84、一些場(chǎng)合比光學(xué)成像更有優(yōu)勢(shì)。利用靜電換能器組成陣列進(jìn)行成像研究也有進(jìn)展, 這些都從各個(gè)側(cè)面反映了在空氣耦合超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用。</p><p>　　3.3　存在的主要問題</p><p>　　雖然空氣耦合式超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在各方面都有了較大進(jìn)展, 但仍然有許多問題尚未得到根本解決,主要有:</p><p>　　(1) 作用距離短, 帶寬窄。高聲阻差、強(qiáng)

85、衰減是空氣耦合超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)必須面臨的問題, 其適用的頻率范圍只能在1MHz 左右, 較大地限制了它的應(yīng)用范圍。</p><p>　　(2) 空氣耦合條件下的聲場(chǎng)特性的研究還不是很深入、系統(tǒng)。</p><p>　　(3) 換能器的研究取得了較大的進(jìn)展, 但實(shí)用的產(chǎn)品并不多見, 大多還處在實(shí)驗(yàn)研究階段。</p><p>　　( 4) 專門的檢測(cè)系統(tǒng)研究還不成熟, 在

86、線應(yīng)用較少。</p><p><b>　　3.4　展望</b></p><p>　　雖然在大面積在線實(shí)時(shí)掃查、復(fù)合材料缺陷檢測(cè)、表面成像等方面有著良好的應(yīng)用前景, 但空氣耦合式超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)離工業(yè)化應(yīng)用還有一段距離, 需要進(jìn)一步深入研究。根據(jù)目前的研究現(xiàn)狀, 下一步的研究主要集中在3個(gè)方面, (1) 適用于不同應(yīng)用環(huán)境的空氣耦合式超聲波換能器的研制, 進(jìn)一步提高精度

87、和靈敏度, 降低制作成本。(2) 適用于工業(yè)化的在線檢測(cè)系統(tǒng)的研制, 盡快從實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。(3) 深入研究空氣耦合條件下的超聲波聲場(chǎng)特性, 盡可能地?cái)U(kuò)展此技術(shù)的適用范圍。</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　本文主要介紹超聲波檢測(cè)的原理、應(yīng)用以及發(fā)展。通過一些大家所比較熟悉的超聲波檢測(cè)技術(shù)來(lái)了解超聲波檢測(cè)的原理及其發(fā)展。并通過這些技

88、術(shù)了解，加深超聲波檢測(cè)技術(shù)的最新發(fā)展情況以及研究方向。</p><p>　　本文首先對(duì)超聲波的原理進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹從而了解超聲波檢測(cè)的原理。簡(jiǎn)單介紹超聲波檢測(cè)的情況</p><p>　　本文主要介紹超聲波檢測(cè)的原理、應(yīng)用以及發(fā)展。簡(jiǎn)單介紹超聲波探傷技術(shù)原理、方法及其性能，并介紹超聲波探傷儀的發(fā)展。了解一種超聲波檢測(cè)技術(shù)空氣耦合式超聲波檢測(cè)技術(shù)，了解它發(fā)展存在的問題困難以及發(fā)展概況。</

89、p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王耀?。畬訝顝?fù)合材料媒質(zhì)中的Lamb波[J]．物理學(xué)進(jìn)展，1996，16 (4)：363- 376．</p><p>　　[2] 劉鎮(zhèn)清．超聲無(wú)損檢測(cè)中的導(dǎo)波技術(shù)[J]．無(wú)損檢測(cè)，1999，21(8)：367- 369．</p><p>　　[3] Kun

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99、ia and C. M. Fortunko. NDE applications of air-coupled ultrasonic transducers [J]. IEEE Ultras Symposium, 1995, 697- 709.</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本論文是在我的指導(dǎo)老師叢老師的悉心指導(dǎo)下完成的。由衷感謝叢老師對(duì)

100、我論文的具體指導(dǎo)。從選題之后，每個(gè)星期五會(huì)例行討論上一次的任務(wù)和平時(shí)遇見的一些不懂的問題，然后又布置新的任務(wù)去實(shí)踐完成。叢老師的循循善誘和做學(xué)問的方法，讓我學(xué)會(huì)了很多理論知識(shí)和實(shí)踐知識(shí)，也學(xué)會(huì)了做人處事的道理。叢老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度讓我受益匪淺。在論文準(zhǔn)備當(dāng)中，叢老師也時(shí)刻關(guān)心著論文完成的動(dòng)態(tài)。在初稿過程中，叢老師也給予了很大的幫助，再次對(duì)叢老師在論文修改中認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度表示由衷的感謝。</p><p>　　感謝我