超声波检测的组成部分及其工作原理

超声波检测设备是用于评估材料的一种重要工具。它由多个关键部件组成,包括控制装置、脉冲发生器、探头、放大器、评估模块和输出模块。这些部件协同工作,实现了超声波的发射、接收和评估等功能。

3.1. 控制装置: 控制装置是整个设备的指挥中心,负责协调各部件的工作流程。它决定检测周期的次序,例如何时发射超声波、何时接收回波以及何时进行数据评估。

3.2. 脉冲发生器:脉冲发生器负责产生电脉冲信号,这些信号将激发探头的机械振荡,从而产生超声波。

3.3. 探头:探头是设备的关键部分之一,它能够将电脉冲转化为机械振荡,并将声波传播到被检测的材料中。同时,它也能将反射回来的声波信号转化为电脉冲,供后续处理使用。

发射器探头同时可用作接收器探头(单探头操作),或可在发射器探头之外使用额外的接收器探头(TR 操作、串联操作)。

3.4. 放大器:放大器对探头接收到的微弱信号进行放大和过滤,以便更好地进行后续处理和评估。根据不同的应用需求,放大器的增益可以是线性增益或对数增益。

3.5. 评估: 评估模块负责对接收到的信号进行处理和解析,以提取有关材料性质的信息。这可以通过比较信号的振幅和传播时间来实现,并将结果以易于理解的方式呈现给用户。

3.6. 输出:输出模块则负责将处理后的数据以适当的形式呈现给用户,例如在屏幕上显示、打印或存储为文件。根据具体需求,设备可能配备各种输出模块以满足不同的应用场景。

图5展示了超声波设备的构造,包括转换、放大并在屏幕上显示输入信号的基本布局。

在自动化生产环境中,通常会使用更合适的装置来替代传统的屏幕显示。图6详细描述了监控电路的原理:根据信号的振幅和传播时间进行评估。门电路会对特定的传播时间范围进行监控,比如:如果放大器在此时间范围内输出信号,那么信号会经过再次转换,然后进行模拟或数字评估。

如果不使用记录器放大器,那么可以通过界面放大器对阈值电路的“是/否”输出进行控制,从而生成用于控制检测流程的信号。值得注意的是,在检测过程中,脉冲的重复频率与检测周期(如探头或示例样品的移动等)之间存在密切关联。如果忽略这种时间关系,即使其他系统部分运行得再完美,结果也可能出现误差,导致最佳数据输出受到严重影响,例如:未能检测到材料中的反射体或对反射体的重复计数。

另外,因为检测问题的数量/方式并非一致,检测结果的记录形式也各不相同。在进行手动检测时,通常会使用配备CRT或LCD屏幕的仪器,这些仪器能够以A-scan的形式显示信号的幅度和传播时间(如图6a所示)。当然,也可以使用二极管阵列作为屏幕显示。如果屏幕上能够二维显示反射体的位置,那么就可以生成Cscan图像。此外,打印条以及与C-scan相匹配的图谱也是常用的信息存储方式(如图7所示)。

A-scan
超声波设备的构造
C-scan