超声波检测仪和探头的组合性能简介

在超声波检测过程中，对我们的检测过程和结果起决定作用的是超声波检测仪和探头的组合性能，包括：灵敏度（或灵敏度余量）、分辨力、信噪比和频率等。

一，灵敏度  超声波检测中灵敏度广义上来讲是指整个检测系统，包括仪器和探头发现最小缺陷的能力，能发现的缺陷越小，灵敏度就越高。

 系统的灵敏度常用灵敏度余量来衡量。灵敏度余量是指仪器最大输出时（增益、发射强度最大、衰减和抑制为零），使规则反射体回波达基准高所需衰减的衰减总量。灵敏度余量大，说明仪器和探头的灵敏度高。灵敏度余量与仪器和探头的综合性能有关，因此，又叫仪器和探头的综合灵敏度。其测试方法如下：

1）仪器增益旋钮至最大，抑制旋钮至“0”，发射强度旋钮至“强”，连接探头并悬空，调衰减器使电噪声电平≤10%，记下此时的衰减器读数N1dB。

2）将探头对准下图所示的200mm处Φ2mm平底孔。调衰减器使得Φ2mm平底孔回波达50%，记下此时的衰减器读数N2dB，则仪器和探头的灵敏度余量为：

                                                                      N=N2-N1（dB）

  二，分辨力   超声检测系统的分别力是指能够对一定大小的两个相邻反射体提供可分离指示时两者的最小距离。由于超声脉冲自身有一定宽度，在深度方向上分辨两个相邻信号的能力有一个最小限度（距离），称为纵向分辨力。在工件的入射面和底面附近，可分辨的缺陷和相邻界面间的距离，称为入射面分辨力和底面分辨力，又称为上表面分辨力和下表面分辨力。实际检测时，入射面分辨力和底面分辨力与所用的检测灵敏度有关，检测灵敏度高时，界面脉冲或始波宽度会增大，使得分辨力变差。探头平移时，分辨相邻两个反射体的能力称为横向分辨力。横向分辨力取决于声束的宽度。分辨力的测试方法如下：

1）盲区与始脉冲宽度

盲区是指从检测面到能够发现缺陷的最小距离。盲区的大小与仪器的阻塞时间和始脉冲宽度有关。

始脉冲宽度测试方法：按规定调好灵敏度并调至标准“0”点，如下图。示波屏上始脉冲达20%高度时至水平刻度“0”点的距离W, 即为始脉冲宽度。

NB/T47013-2015标准规定，仪器和探头的始脉冲宽度（基准灵敏度下），对于频率为5MHZ的探头，宽度不大于10mm，对于频率为2.5MHZ的探头，宽度不大于15mm。

盲区的测定可以在如下的盲区试块上进行。在示波屏上能清晰的显示Φ1mm平底孔独立回波的最小距离即为所测的盲区。处于盲区内的缺陷是无法检测出的。

用IIW试块或CSK-IA试块也可以估计盲区的范围。做法是分别将探头置于厚度5mm和10mm处。这种做法只能是大致评估盲区的范围，无法精确测量盲区的大小。

2) 仪器与直探头远场分辨力的测定

抑制旋钮至“0”，探头置于下图所示的CSK-IA试块III处，左右移动探头，使得示波屏上出现85、91、100三个反射回波A、B、C，则波峰和波谷的分贝差20lg（a/b）表示分辨力。NB/T47013标准规定，直探头远场分辨力≥30dB.

3) 仪器与斜探头远场分辨力的测定

将斜探头置于下图的CSK-IA试块上，对准Φ50mm、Φ44mm、Φ40mm三个阶梯孔，使得示波屏上出现三个反射波。平移探头并调节仪器，使得三个回波等高，其波峰为h1，波谷为h2，则其分辨力为：X=20lgh1/h2（dB）

实际测试时，用衰减器将h1衰减到h2，其衰减量ΔN即为分辨力。即X=ΔN。

NB/T47013标准规定，斜探头远场分辨力≥6dB.

三，信噪比   

信噪比是指示波屏上有用的最小缺陷信号幅度与无用的最大噪声幅度之比。由于噪声的存在会掩盖幅度低的小缺陷信号，容易引起漏检或误判，严重时甚至无法进行检测。因此，信噪比对缺陷的检测起关键作用。

信噪比的测定分为仪器校验时的测定和实际检测时的测定。一般以200mm处Φ1mm平底孔回波H信与噪声杂波H噪之间的分贝差来表示信噪比的大小，即Δ=20lgH信/H噪.

四，回波频率

探头的的公称频率是制造厂在探头上标出的频率，该频率是根据驻波共振理论设计的，由f0 =CL/2t得到。这里讲的是仪器和探头的组合频率，取决于仪器的发射电路和探头的组合性能。与公称频率之间往往存在着一定的差值。为衡量该差值，实际中往往采用回波频率误差表征。回波频率误差是当仪器与探头组合使用时，经工件底面反射回的超声波的频率与探头公称频率间的误差极限。

              供稿： 山东诚之检无损检测技术有限公司

                           无损检测事业部         颜工

                                  2021年2月10日