超聲波探傷儀、超聲波探頭、試塊及耦合劑等組成超聲波檢測系統，它們是超聲波探傷的重要設備。超聲波探傷儀是超聲波探傷的主要設備，它能夠快速識別出工件內部多種缺陷（裂紋、氣孔、夾雜等），并且不會對工件造成任何損傷，廣泛適用于實驗室與工程現場。

一、 按照超(chao)聲波的連續性分類(lei)

 1. 脈沖波超聲探傷儀

  這種(zhong)儀(yi)器(qi)主要是(shi)通過周(zhou)期性的發射不(bu)連續的脈沖波(bo)(bo)來(lai)激勵換能(neng)器(qi)產生超(chao)聲(sheng)波(bo)(bo)，根據超(chao)聲(sheng)波(bo)(bo)的傳播(bo)速度或者回波(bo)(bo)的幅值等特性判斷(duan)工(gong)件(jian)中是(shi)否(fou)有缺陷，這是(shi)目前最常用的探(tan)傷儀(yi)模式。

 2. 連續(xu)波超聲(sheng)探傷儀

  這(zhe)種(zhong)儀(yi)器探頭向工件發射(she)連續且(qie)頻率(lv)不變的(de)超(chao)聲波(bo)，主要是通過(guo)(guo)觀(guan)察透過(guo)(guo)工件的(de)超(chao)聲波(bo)強(qiang)度的(de)變化來判斷工件中是否有缺(que)(que)陷。這(zhe)種(zhong)儀(yi)器通常情(qing)況下靈敏度低，而且(qie)難以確定缺(que)(que)陷位置，大(da)多(duo)被脈沖探傷儀(yi)器取代(dai)，不過(guo)(guo)仍舊應用(yong)在超(chao)聲波(bo)顯像及超(chao)聲波(bo)共(gong)振(zhen)測厚(hou)等方面。

3. 調頻波超聲探傷儀

  這種(zhong)儀器(qi)(qi)(qi)發射(she)的超聲波(bo)是周期性(xing)連續(xu)且頻率周期性(xing)變化的超聲波(bo)，主要是觀察發射(she)波(bo)與(yu)回波(bo)的變化，判斷工件(jian)中有無缺陷(xian)。但其局限性(xing)是適用于檢(jian)測與(yu)探測面平(ping)行的缺陷(xian)，所以這種(zhong)儀器(qi)(qi)(qi)也(ye)大多被脈沖探傷儀器(qi)(qi)(qi)取(qu)代。

二、按缺陷顯示方(fang)式分類(lei)

1. A型顯(xian)示

  A型顯示探傷(shang)儀反饋的(de)(de)是(shi)(shi)波(bo)形，它顯示的(de)(de)是(shi)(shi)超聲(sheng)波(bo)回波(bo)的(de)(de)位置與幅度(du)，回波(bo)的(de)(de)位置反映的(de)(de)是(shi)(shi)超聲(sheng)波(bo)的(de)(de)傳播時間，幅度(du)則是(shi)(shi)體現出了缺(que)陷(xian)的(de)(de)特(te)性(xing)。

2. B型(xing)顯示(shi)

  B型(xing)顯示探(tan)傷(shang)儀反(fan)(fan)饋的是圖像，探(tan)傷(shang)儀沿熒光(guang)屏(ping)橫坐標方(fang)(fang)向(xiang)機械掃(sao)描形成探(tan)頭的掃(sao)查軌跡，沿縱坐標方(fang)(fang)向(xiang)反(fan)(fan)饋處回波(bo)的時間（或(huo)距離），這樣就可以直觀地表示出處于某一縱面上(shang)的缺陷。

3. C型(xing)顯示(shi)

  C型顯示(shi)(shi)探(tan)(tan)傷儀(yi)(yi)反饋(kui)的也是圖像，探(tan)(tan)傷儀(yi)(yi)在橫(heng)坐標和縱坐標方向都是機械掃(sao)描來代表(biao)(biao)探(tan)(tan)頭在工(gong)作表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)的位(wei)置(zhi)。光點輝度表(biao)(biao)示(shi)(shi)探(tan)(tan)頭接收信(xin)號幅度，所(suo)以(yi)當探(tan)(tan)頭在工(gong)件表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)移(yi)動反饋(kui)在熒光屏(ping)上便(bian)顯示(shi)(shi)出(chu)工(gong)件內(nei)部缺陷的平面(mian)(mian)(mian)圖像，但不能顯示(shi)(shi)缺陷深度。

  A型、B型、C型三種顯示(shi)分別如(ru)圖3.17所示(shi)。

三(san)、按(an)超聲波的(de)通(tong)道分類

1. 單通道(dao)探傷(shang)儀

   這(zhe)種儀器在目前的超聲波(bo)檢測(ce)中應用(yong)比(bi)較廣泛，一般是使用(yong)一個(ge)探(tan)頭(tou)或一對(dui)探(tan)頭(tou)。

2. 多通道探傷儀

   在(zai)某(mou)些場合中，單一的探頭接收的回波信(xin)息較少，所以采用多(duo)個(ge)或多(duo)對探頭同時工作(zuo)，通常應(ying)用于自動(dong)化檢測。

四(si)、按工作制式分類

1. 模擬(ni)式超聲(sheng)探(tan)傷儀

  a. A型脈沖反射式(shi)超聲波探傷儀

    A型(xing)脈沖反射(she)式(shi)超(chao)聲波(bo)探傷(shang)設備(bei)主(zhu)要包(bao)含同步電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)、發射(she)電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)、接收放大電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)、掃描電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)、顯示電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)和(he)電(dian)(dian)(dian)(dian)源電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)等主(zhu)要電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)，其次(ci)有延時電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)、報警(jing)電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)、深度(du)補(bu)償電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)、標記電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)、跟(gen)蹤及記錄等附(fu)加裝置(zhi)組(zu)成。電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)框圖如圖3.18所示。

  工作原理：電(dian)(dian)路接通(tong)后，同(tong)步電(dian)(dian)路產(chan)(chan)(chan)生(sheng)周期(qi)性同(tong)步脈沖信(xin)號，一(yi)(yi)方面同(tong)步脈沖觸(chu)發掃(sao)描(miao)(miao)發生(sheng)器產(chan)(chan)(chan)生(sheng)線性的(de)(de)鋸齒波(bo)(bo)(bo)，經(jing)掃(sao)描(miao)(miao)放(fang)大(da)加到(dao)示波(bo)(bo)(bo)管水平（x軸）偏(pian)轉(zhuan)板上(shang)，產(chan)(chan)(chan)生(sheng)一(yi)(yi)個從左到(dao)右的(de)(de)水平掃(sao)描(miao)(miao)線，即(ji)時基線。另一(yi)(yi)方面觸(chu)發發射(she)電(dian)(dian)路產(chan)(chan)(chan)生(sheng)高頻脈沖并作用于探頭(tou)，通(tong)過(guo)探頭(tou)的(de)(de)逆(ni)壓(ya)電(dian)(dian)效應將(jiang)信(xin)號轉(zhuan)換(huan)為聲(sheng)信(xin)號，發射(she)超聲(sheng)波(bo)(bo)(bo)。超聲(sheng)波(bo)(bo)(bo)在(zai)傳播過(guo)程(cheng)中遇到(dao)異質界(jie)面（缺陷或底面）產(chan)(chan)(chan)生(sheng)反射(she)，反射(she)的(de)(de)回波(bo)(bo)(bo)由探頭(tou)接收。通(tong)過(guo)探頭(tou)的(de)(de)正壓(ya)電(dian)(dian)效應將(jiang)聲(sheng)信(xin)號轉(zhuan)換(huan)為電(dian)(dian)信(xin)號送至(zhi)放(fang)大(da)電(dian)(dian)路被放(fang)大(da)、檢波(bo)(bo)(bo)，信(xin)號電(dian)(dian)壓(ya)加到(dao)示波(bo)(bo)(bo)管的(de)(de)垂(chui)直（y軸）偏(pian)轉(zhuan)板上(shang)，使電(dian)(dian)子束發生(sheng)垂(chui)直偏(pian)轉(zhuan)，在(zai)水平掃(sao)描(miao)(miao)的(de)(de)相應位置上(shang)產(chan)(chan)(chan)生(sheng)缺陷的(de)(de)回波(bo)(bo)(bo)和底面波(bo)(bo)(bo)。

 b. B型(xing)顯示超聲波探(tan)傷儀

  工(gong)(gong)作原理(li)：同步電(dian)路(lu)產生脈沖(chong)信(xin)號觸發探(tan)(tan)頭發射超聲(sheng)波信(xin)號，同時也觸發y掃(sao)描電(dian)路(lu)，并將鋸(ju)齒波電(dian)壓(ya)施加在示(shi)(shi)波管y軸偏(pian)轉板上(shang)。施加在x軸偏(pian)轉板上(shang)的是隨探(tan)(tan)頭位(wei)置(zhi)變化而變化的直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)，當(dang)探(tan)(tan)頭在工(gong)(gong)件上(shang)沿(yan)直(zhi)線移動時，在顯示(shi)(shi)器上(shang)顯示(shi)(shi)出沿(yan)探(tan)(tan)頭掃(sao)描線所(suo)處(chu)的截面上(shang)的前后表面，內部反射界(jie)面的位(wei)置(zhi)、取向(xiang)及深(shen)度(du)。電(dian)路(lu)框(kuang)圖(tu)如圖(tu)3.19所(suo)示(shi)(shi)。

 c. C型顯(xian)示超聲(sheng)探傷儀

  C型(xing)顯示超聲波(bo)探傷儀(yi)一般由同(tong)步、發(fa)射、放大、與門、閘(zha)門、平面顯示器與機械同(tong)步組成(cheng)，如圖3.20所(suo)示。

  工作原(yuan)理：同(tong)步(bu)電(dian)(dian)路產生(sheng)同(tong)步(bu)脈沖信(xin)號激勵(li)換能(neng)器(qi)產生(sheng)超(chao)聲波(bo)信(xin)號，傳(chuan)遞(di)到工件(jian)(jian)中，并同(tong)時(shi)(shi)觸(chu)發(fa)閘(zha)門電(dian)(dian)路以獲得閘(zha)門信(xin)號。示(shi)波(bo)管的(de)橫(heng)(heng)縱坐(zuo)(zuo)標分(fen)別表示(shi)工件(jian)(jian)探(tan)(tan)(tan)測面上的(de)相(xiang)應(ying)的(de)橫(heng)(heng)坐(zuo)(zuo)標和(he)縱坐(zuo)(zuo)標。電(dian)(dian)位器(qi)x和(he)y的(de)直流電(dian)(dian)壓(ya)分(fen)別作用于控制(zhi)示(shi)波(bo)管的(de)水平和(he)垂(chui)直偏(pian)轉(zhuan)板。機(ji)械同(tong)步(bu)將探(tan)(tan)(tan)頭與兩個電(dian)(dian)位器(qi)實現聯動。探(tan)(tan)(tan)頭移動時(shi)(shi)，把移動的(de)X分(fen)量與Y分(fen)量分(fen)別施加在水平和(he)垂(chui)直偏(pian)轉(zhuan)板，偏(pian)轉(zhuan)板電(dian)(dian)壓(ya)發(fa)生(sheng)相(xiang)應(ying)變化(hua)，使屏(ping)幕上的(de)坐(zuo)(zuo)標與工件(jian)(jian)探(tan)(tan)(tan)測面上的(de)坐(zuo)(zuo)標相(xiang)對應(ying)。

d. 模(mo)擬式超聲波探傷儀的構成(cheng)及(ji)其功(gong)能

 模擬式(shi)超聲波探傷儀的(de)電路(lu)框圖如圖3.21所示。

（1)組(zu)成部分及其(qi)作用

    ①. 超聲波探傷儀的協調中心是同步電(dian)路，它決定著(zhu)激勵信號(hao)的重復頻率。

    ②. 發射電路主要作用(yong)是產生高壓脈沖作用(yong)于超聲波換(huan)能器產生超聲波。

    ③. 掃(sao)描電路使(shi)顯示屏上出現條明亮的(de)時(shi)基線，也(ye)就(jiu)是時(shi)間軸和水平掃(sao)描線。它控制著掃(sao)描速(su)度，決定(ding)著儀器的(de)檢(jian)測范圍(wei)。

   ④. 接收放(fang)大電(dian)路(lu)將(jiang)探(tan)頭產生的微弱回波(bo)信號電(dian)壓(ya)放(fang)大到(dao)顯示(shi)(shi)屏的縱(zong)坐標方向，以顯示(shi)(shi)工作電(dian)壓(ya)。它控制(zhi)著儀器的增益和(he)衰減。

（2)各主(zhu)要開關和(he)旋(xuan)鈕的作用及其調(diao)整方法。

  在(zai)模擬式超聲波探傷儀面(mian)板上，合理選用(yong)開(kai)關和按鈕可以(yi)實現不同的功能。各主要開(kai)關和旋(xuan)鈕的作用(yong)及其調(diao)整方(fang)法(fa)如下：

   ①. 工作方(fang)式選擇旋鈕

   發(fa)(fa)(fa)射探(tan)頭(tou)和(he)(he)接(jie)收(shou)(shou)探(tan)頭(tou)分別(bie)連接(jie)到(dao)發(fa)(fa)(fa)射插(cha)座和(he)(he)接(jie)收(shou)(shou)插(cha)座，工(gong)作方式(shi)選(xuan)(xuan)擇(ze)旋鈕(niu)的作用(yong)是選(xuan)(xuan)擇(ze)檢測方式(shi)，即“雙探(tan)”或(huo)“單探(tan)”方式(shi)。當選(xuan)(xuan)擇(ze)“雙探(tan)”時，兩個(ge)探(tan)頭(tou)的工(gong)作模式(shi)為一發(fa)(fa)(fa)一收(shou)(shou)。當選(xuan)(xuan)擇(ze)“單探(tan)”時，發(fa)(fa)(fa)射插(cha)座和(he)(he)接(jie)收(shou)(shou)插(cha)座內部連通，單個(ge)探(tan)頭(tou)自發(fa)(fa)(fa)自收(shou)(shou)。

  ②. 發(fa)射(she)強度旋(xuan)鈕

   此按(an)鈕主(zhu)要改變激勵脈沖的強度，增加或者減(jian)小發射(she)功率，增大發射(she)強度，有助于提高儀器靈敏度。但(dan)脈沖變寬，分辨力差(cha)。因此，應(ying)根據實際情況選擇(ze)合適的發射(she)強度。

 ③. 增益旋鈕

   接(jie)收(shou)信(xin)號幅值可能會非常低，這樣(yang)不利于信(xin)號分析(xi)，通過(guo)(guo)調節(jie)增益旋鈕，可以改(gai)變接(jie)收(shou)放大(da)器(qi)的放大(da)倍數。使用時(shi)，將(jiang)回波高度(du)精確地調節(jie)到某一(yi)(yi)指定(ding)高度(du)，將(jiang)儀器(qi)靈敏度(du)確定(ding)以后，在檢測過(guo)(guo)程中一(yi)(yi)般不再(zai)調整增益旋鈕。

  ④. 衰減(jian)器

   衰(shuai)減(jian)器可以調(diao)節檢(jian)測(ce)靈敏(min)度(du)和(he)測(ce)量回(hui)波振(zhen)幅(fu)。用(yong)來調(diao)節靈敏(min)度(du)時(shi)，衰(shuai)減(jian)讀數(shu)大(da)，回(hui)波幅(fu)度(du)低；反之，靈敏(min)度(du)高。用(yong)來調(diao)節回(hui)波振(zhen)幅(fu)時(shi)，衰(shuai)減(jian)讀數(shu)大(da)，回(hui)波幅(fu)度(du)高；反之，回(hui)波幅(fu)度(du)低。

  ⑤. 深度范圍旋(xuan)鈕

   此(ci)按鈕主要是調節顯(xian)示在屏幕上的(de)檢測范圍。可以(yi)將(jiang)顯(xian)示在屏幕上的(de)回波信號間距壓(ya)縮或者(zhe)擴展。

  ⑥. 深度細(xi)調旋鈕

   深(shen)度(du)細(xi)調(diao)旋(xuan)鈕的作用是精(jing)確調(diao)整(zheng)檢(jian)測范圍(wei)(wei)。調(diao)節深(shen)度(du)細(xi)調(diao)旋(xuan)鈕，可(ke)連續改變掃描(miao)線的掃描(miao)速(su)度(du)，從而(er)使顯示屏上的回波間距(ju)(ju)在一定(ding)范圍(wei)(wei)內連續變化。調(diao)整(zheng)檢(jian)測范圍(wei)(wei)時，應(ying)先將深(shen)度(du)粗(cu)調(diao)旋(xuan)鈕置于合適的檔級，然后調(diao)節深(shen)度(du)細(xi)調(diao)旋(xuan)鈕，使反(fan)射波的間距(ju)(ju)與反(fan)射體的距(ju)(ju)離(li)成一定(ding)比例。

  ⑦. 延遲旋鈕

  此按(an)鈕可(ke)以使顯示在屏幕上的回波信號大幅度(du)地左右(you)移動而不改變回波之間(jian)的距離。調節(jie)檢測(ce)范(fan)圍(wei)時，先用(yong)深度(du)粗調旋(xuan)(xuan)鈕和深度(du)細調旋(xuan)(xuan)鈕調節(jie)好(hao)回波間(jian)距，再用(yong)延遲旋(xuan)(xuan)鈕將反(fan)射波調至(zhi)正確位置，通過延遲旋(xuan)(xuan)鈕進行(xing)零(ling)位校正，使聲(sheng)程原點與(yu)水平刻(ke)度(du)的零(ling)點重合。

 ⑧. 聚焦旋(xuan)鈕

  聚焦(jiao)旋鈕可以(yi)調(diao)節電子束的(de)粗細程度，可以(yi)根據實(shi)際(ji)情(qing)況調(diao)節，使顯示(shi)屏(ping)波形清(qing)晰。

 ⑨. 水平(ping)旋鈕

  水(shui)平旋鈕也稱為零位調節旋鈕。通過調節水(shui)平旋鈕使掃描線連同回波(bo)一起左右移動一段距離，回波(bo)之間的距離不發生(sheng)改變。

 ⑩. 重復頻率旋鈕

  此按鈕調節(jie)的(de)是激勵脈(mo)(mo)沖的(de)重復頻(pin)率(lv)，即激勵脈(mo)(mo)沖的(de)發射間隔。當屏幕上顯示的(de)圖(tu)案比(bi)較暗(an)淡時，可以提高重復頻(pin)率(lv)，就會(hui)使圖(tu)案變得更加清晰。

 ?. 垂直(zhi)旋鈕

  通過調節垂直(zhi)旋(xuan)鈕使(shi)掃描(miao)線連同回(hui)波(bo)一起(qi)上下移動一段(duan)距離，回(hui)波(bo)之間的(de)距離不發生改變。

 ?. 深度(du)補償開關(guan)

  此旋(xuan)鈕(niu)的作用是調節回波(bo)增益，減小相同(tong)形(xing)狀但不同(tong)深度(du)的缺陷(xian)的回波(bo)高(gao)度(du)差。

2. 數字式超聲探(tan)傷儀

 數字式超聲(sheng)探傷(shang)儀整(zheng)(zheng)機(ji)由微處(chu)理器(qi)(qi)系統同步和控制(zhi)，由發射、接(jie)收、數控放(fang)大器(qi)(qi)單(dan)元(yuan)，數據調整(zheng)(zheng)實時(shi)采(cai)集(ji)、存儲和分析、處(chu)理單(dan)元(yuan)以及(ji)回波顯示和打印輸出等組成。

a. 數字(zi)式超(chao)聲探傷(shang)儀(yi)與模擬式超(chao)聲探傷(shang)儀(yi)的異同點對比

  ①. 基本組(zu)成

 如圖3.22所示(shi)為數(shu)字(zi)(zi)式(shi)超(chao)聲探傷儀(yi)(yi)的電路框圖，其發射電路與(yu)模(mo)擬(ni)式(shi)超(chao)聲探傷儀(yi)(yi)相同，接收(shou)放大電路的衰減器(qi)與(yu)高頻放大器(qi)等也(ye)與(yu)模(mo)擬(ni)式(shi)超(chao)聲探傷儀(yi)(yi)相同，信號(hao)放大后由(you)A/D轉(zhuan)換(huan)器(qi)轉(zhuan)換(huan)成數(shu)字(zi)(zi)信號(hao)，輸送到微處(chu)(chu)理器(qi)進行(xing)處(chu)(chu)理，顯(xian)示(shi)器(qi)進行(xing)處(chu)(chu)理，模(mo)擬(ni)式(shi)超(chao)聲探傷儀(yi)(yi)上的檢波、濾(lv)波、抑(yi)制(zhi)等功能可以通過對(dui)數(shu)字(zi)(zi)信號(hao)的處(chu)(chu)理來(lai)完成。數(shu)字(zi)(zi)式(shi)儀(yi)(yi)器(qi)的顯(xian)示(shi)是由(you)微處(chu)(chu)理器(qi)控制(zhi)實現逐(zhu)步(bu)逐(zhu)點掃(sao)描，在顯(xian)示(shi)器(qi)上顯(xian)示(shi)二維點陣(zhen)圖。發射電路與(yu)模(mo)數(shu)轉(zhuan)換(huan)由(you)微處(chu)(chu)理器(qi)協調(diao)各部(bu)分(fen)的工作，不再需要同步(bu)電路。

 ②. 儀器功能

  數字(zi)式超聲探傷(shang)(shang)儀(yi)(yi)的(de)(de)基本功(gong)能(neng)與模擬(ni)(ni)式超聲探傷(shang)(shang)儀(yi)(yi)相同，各部分(fen)功(gong)能(neng)的(de)(de)控制方式不同。模擬(ni)(ni)式超聲探傷(shang)(shang)儀(yi)(yi)直接通過開關對儀(yi)(yi)器的(de)(de)電路進行調(diao)整(zheng)；數字(zi)式超聲探傷(shang)(shang)儀(yi)(yi)采用人機對話，將控制數據輸人微處(chu)理(li)器，由微處(chu)理(li)器控制各電路的(de)(de)工作，有利于(yu)自動檢查。

 ③. 儀器(qi)性(xing)能(neng)

 兩類(lei)儀器的發射電(dian)路、接收電(dian)路相(xiang)同，因此儀器的靈敏度、分辨(bian)率基本相(xiang)同。差別主要是信號的模數轉換、處理及顯示部分，這部分功能直接影響對(dui)缺陷的判斷。

 b. 數字式(shi)超聲探傷(shang)儀的優缺點

 ①. 優點(dian)

 接收信(xin)號數字化，使(shi)(shi)超(chao)聲(sheng)信(xin)號的存儲、記錄(lu)、再現(xian)、處(chu)理、分析都(dou)很方便，可(ke)(ke)以使(shi)(shi)超(chao)聲(sheng)信(xin)號永久記錄(lu)，使(shi)(shi)檢測過程中(zhong)重現(xian)更(geng)方便，同(tong)時也能從超(chao)聲(sheng)信(xin)號中(zhong)得到(dao)更(geng)多的量化信(xin)息；顯(xian)示器不需要傳統的示波器，使(shi)(shi)得儀器更(geng)便于(yu)小型化；軟件功(gong)能可(ke)(ke)以擴展，有利于(yu)滿足不同(tong)使(shi)(shi)用場合(he)的要求；為自動檢測系(xi)統的實現(xian)提供(gong)條件。

②. 缺(que)點

 模數轉換器的采樣(yang)頻(pin)率(lv)(lv)、數據長度、顯示(shi)器的分辨率(lv)(lv)等(deng)直接(jie)影響信號(hao)的質(zhi)量(liang)，如果信號(hao)失真，會造成(cheng)漏檢(jian)誤檢(jian)等(deng)，因此在(zai)使(shi)用過程中應引起重視。