原標題：超聲波探傷儀原理

超聲波探傷儀是一種利用超聲波在材料中傳播的特性來檢測材料內部缺陷的無損檢測設備，在工業生產、質量檢測等領域發揮著重要作用。以下從超聲波特性、儀器組成、工作原理、缺陷檢測與顯示等方面詳細介紹其原理：

超聲波特性基礎

超聲波是頻率高于 20000Hz 的聲波，具有以下特性，使其適用于探傷檢測：

• 方向性好：超聲波的波長較短，能像光線一樣沿直線傳播，且能量集中，可定向發射到被檢測材料內部，便于精確探測缺陷位置。例如，在金屬板材檢測中，能準確地將超聲波聚焦到特定區域。

• 穿透能力強：對于大多數固體材料，超聲波具有較強的穿透能力，可深入材料內部進行檢測。比如，能穿透數米厚的鋼材，檢測其內部是否存在缺陷。

• 能量高：超聲波在傳播過程中攜帶較高的能量，當遇到缺陷界面時，會發生反射、折射和散射等現象，通過檢測這些現象產生的信號變化，就能判斷缺陷的存在和特征。

儀器組成

超聲波探傷儀主要由同步電路、發射電路、接收電路、掃描發生器、顯示器和電源等部分組成。

• 同步電路：如同樂隊的指揮，負責協調發射電路和掃描發生器的工作節奏，確保它們按照預定的時序運行。它產生同步脈沖信號，分別觸發發射電路和掃描發生器開始工作。

• 發射電路：相當于超聲波的“發射器”，在同步脈沖的觸發下，產生高頻電脈沖，激勵探頭中的壓電晶片振動，從而產生超聲波。

• 接收電路：是超聲波信號的“接收站”，負責接收探頭從被檢材料中反射回來的超聲波信號，并將其轉換為電信號，進行放大、濾波等處理，以提高信號的質量和可檢測性。

• 掃描發生器：產生鋸齒波電壓，控制顯示器上電子束的水平偏轉，使超聲波信號在顯示器上按時序展開，形成波形顯示。

• 顯示器：通常采用陰極射線管（CRT）或液晶顯示屏（LCD），將接收電路處理后的電信號以波形的形式顯示出來，操作人員可以通過觀察波形來判斷材料內部是否存在缺陷。

• 電源：為整個儀器提供穩定的電能，保證各部分電路正常工作。

工作原理

• 超聲波發射：同步電路產生同步脈沖，觸發發射電路工作。發射電路產生的高頻電脈沖加到探頭的壓電晶片上，壓電晶片在電脈沖的作用下發生逆壓電效應，將電能轉換為機械能，產生超聲波。這些超聲波以一定的角度和能量向被檢材料中傳播。

• 超聲波傳播與缺陷相互作用：超聲波在被檢材料中傳播時，如果材料內部沒有缺陷，超聲波會按照直線傳播，并在材料的底面發生反射；如果材料內部存在缺陷（如裂紋、氣孔、夾渣等），超聲波會在缺陷界面處發生反射、折射和散射。部分超聲波會被反射回探頭，反射波的強度、傳播時間等特性會因缺陷的性質、大小和位置而發生變化。

• 超聲波接收與信號處理：反射回來的超聲波作用于探頭的壓電晶片上，使其發生正壓電效應，將機械能轉換為電能，產生電信號。接收電路對這個電信號進行放大、濾波等處理，去除噪聲和干擾，提高信號的信噪比。

• 信號顯示與分析：處理后的電信號被送到掃描發生器和顯示器。掃描發生器產生的鋸齒波電壓控制電子束在水平方向上掃描，而電信號的幅度控制電子束在垂直方向上的偏轉，從而在顯示器上形成超聲波的波形。操作人員通過觀察波形的形狀、幅度、位置等特征，結合已知的材料特性和缺陷特征，判斷材料內部是否存在缺陷以及缺陷的類型、大小和位置。

缺陷檢測與顯示

• 缺陷判斷依據

• 回波高度：回波幅度越高，通常表示缺陷的反射面積越大或缺陷與超聲波的耦合效果越好。例如，在檢測金屬焊縫時，較大的氣孔或夾渣缺陷可能會產生較高的回波。

• 回波位置：根據超聲波在材料中的傳播速度和回波出現的時間，可以計算出缺陷的位置。例如，已知超聲波在鋼材中的傳播速度，通過測量回波從發射到接收的時間，就能確定缺陷距離探頭表面的距離。

• 回波形狀：不同類型的缺陷可能會產生不同形狀的回波。比如，裂紋缺陷產生的回波可能比較尖銳，而氣孔缺陷產生的回波可能相對圓潤。

• 顯示方式

• A 型顯示：是最常用的一種顯示方式，橫坐標表示超聲波的傳播時間（或距離），縱坐標表示反射回波的幅度。通過觀察 A 型顯示波形，可以直觀地了解缺陷的位置和大小信息。

• B 型顯示：以水平坐標表示探頭在被檢材料表面的移動位置，垂直坐標表示超聲波的傳播深度，亮度或顏色表示反射回波的幅度。B 型顯示可以形成被檢材料的截面圖像，更直觀地顯示缺陷的分布情況。

• C 型顯示：顯示的是被檢材料表面的平面投影圖像，橫、縱坐標分別表示探頭在被檢材料表面的兩個垂直方向的移動位置，亮度或顏色表示反射回波的幅度。C 型顯示適用于檢測表面或近表面的缺陷。