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、 按照超聲波的連續(xu)性分類
1. 脈沖波(bo)超(chao)聲探傷儀
這(zhe)種(zhong)儀(yi)器(qi)主要是(shi)通過(guo)周期性(xing)的發射不連續(xu)的脈沖波(bo)來激勵換能(neng)器(qi)產生(sheng)超(chao)聲波(bo)，根據超(chao)聲波(bo)的傳播速度或者回波(bo)的幅值等特(te)性(xing)判斷工件中是(shi)否有缺陷，這(zhe)是(shi)目前最(zui)常用的探(tan)傷儀(yi)模式(shi)。
2. 連續波超聲探傷儀(yi)
這種儀(yi)器(qi)探頭向(xiang)工件發射連續且頻率不變的(de)(de)超聲(sheng)(sheng)波，主要是通過(guo)觀察透(tou)過(guo)工件的(de)(de)超聲(sheng)(sheng)波強度(du)的(de)(de)變化來判(pan)斷(duan)工件中是否有缺(que)陷。這種儀(yi)器(qi)通常情況下靈敏度(du)低，而(er)且難以確定缺(que)陷位置，大多被脈(mo)沖探傷儀(yi)器(qi)取代，不過(guo)仍舊(jiu)應用(yong)在超聲(sheng)(sheng)波顯像及超聲(sheng)(sheng)波共振測厚等方面。
3. 調頻波(bo)超聲探傷儀
這種儀器(qi)發(fa)射(she)的超聲波(bo)(bo)是周期性(xing)連續且頻率周期性(xing)變化(hua)的超聲波(bo)(bo)，主要是觀察發(fa)射(she)波(bo)(bo)與(yu)(yu)回(hui)波(bo)(bo)的變化(hua)，判斷工(gong)件中有無缺(que)陷。但其局限性(xing)是適用于檢測與(yu)(yu)探(tan)測面(mian)平行的缺(que)陷，所以這種儀器(qi)也大多被脈沖(chong)探(tan)傷(shang)儀器(qi)取代。
二、按缺陷顯(xian)示方式(shi)分類
1. A型(xing)顯(xian)示
A型顯示探(tan)傷儀反饋的(de)(de)是(shi)(shi)波形，它顯示的(de)(de)是(shi)(shi)超(chao)聲波回(hui)波的(de)(de)位置與幅度，回(hui)波的(de)(de)位置反映的(de)(de)是(shi)(shi)超(chao)聲波的(de)(de)傳播時(shi)間，幅度則是(shi)(shi)體(ti)現(xian)出了缺(que)陷的(de)(de)特性(xing)。
2. B型(xing)顯示
B型(xing)顯示(shi)探傷(shang)儀(yi)反饋的(de)是圖像，探傷(shang)儀(yi)沿熒光屏橫坐標方向(xiang)機械掃描形(xing)成(cheng)探頭(tou)的(de)掃查軌(gui)跡，沿縱坐標方向(xiang)反饋處回波的(de)時間（或距離），這樣就可(ke)以(yi)直觀地表示(shi)出處于某(mou)一(yi)縱面上的(de)缺陷。
3. C型(xing)顯示(shi)
C型顯(xian)示(shi)探傷(shang)(shang)儀反(fan)饋(kui)的也是(shi)圖像，探傷(shang)(shang)儀在(zai)(zai)橫坐(zuo)標和(he)縱坐(zuo)標方向都(dou)是(shi)機械掃描來代表探頭在(zai)(zai)工作表面的位(wei)置。光點輝度表示(shi)探頭接收信號幅度，所以當探頭在(zai)(zai)工件表面移(yi)動反(fan)饋(kui)在(zai)(zai)熒(ying)光屏上便顯(xian)示(shi)出工件內(nei)部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)的平面圖像，但不能顯(xian)示(shi)缺(que)陷(xian)(xian)深度。
A型(xing)、B型(xing)、C型(xing)三(san)種顯示分別如圖3.17所(suo)示。
三、按超(chao)聲波(bo)的通道分類
1. 單通道探傷儀
這種儀器在(zai)目前(qian)的超聲波檢測中應(ying)用比較廣泛(fan)，一(yi)般是使用一(yi)個(ge)探頭或一(yi)對(dui)探頭。
2. 多通(tong)道探(tan)傷儀
在(zai)某些場合中(zhong)，單一的探頭接收(shou)的回波信息較少，所以采用(yong)多個或多對探頭同時工作，通(tong)常應用(yong)于自動化(hua)檢測(ce)。
四(si)、按工作制(zhi)式分類
1. 模擬式超聲(sheng)探傷儀
a. A型脈沖反射式超聲波探(tan)傷儀
A型脈沖反射式(shi)超聲波探傷設備主(zhu)要包含(han)同步電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)、發射電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)、接收放(fang)大電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)、掃(sao)描電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)、顯示電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)和(he)電(dian)(dian)(dian)源電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)等主(zhu)要電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)，其次有延時電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)、報警電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)、深度補償電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)、標記電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)、跟(gen)蹤及記錄等附(fu)加裝置組成。電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)框圖如圖3.18所示。
工作原理：電(dian)(dian)路(lu)接(jie)通后(hou)，同步(bu)(bu)電(dian)(dian)路(lu)產(chan)(chan)(chan)生(sheng)(sheng)周期性(xing)同步(bu)(bu)脈沖(chong)信(xin)號(hao)，一(yi)方(fang)面(mian)同步(bu)(bu)脈沖(chong)觸發(fa)掃(sao)描(miao)發(fa)生(sheng)(sheng)器產(chan)(chan)(chan)生(sheng)(sheng)線(xian)性(xing)的(de)(de)鋸(ju)齒波，經掃(sao)描(miao)放大加到示波管(guan)水(shui)平(ping)（x軸）偏轉(zhuan)板上，產(chan)(chan)(chan)生(sheng)(sheng)一(yi)個從左(zuo)到右的(de)(de)水(shui)平(ping)掃(sao)描(miao)線(xian)，即(ji)時基線(xian)。另一(yi)方(fang)面(mian)觸發(fa)發(fa)射(she)電(dian)(dian)路(lu)產(chan)(chan)(chan)生(sheng)(sheng)高頻脈沖(chong)并(bing)作用于(yu)探頭，通過探頭的(de)(de)逆壓電(dian)(dian)效應(ying)將信(xin)號(hao)轉(zhuan)換為聲(sheng)信(xin)號(hao)，發(fa)射(she)超聲(sheng)波。超聲(sheng)波在(zai)(zai)傳播(bo)過程(cheng)中遇到異質界(jie)面(mian)（缺陷(xian)或底(di)面(mian)）產(chan)(chan)(chan)生(sheng)(sheng)反射(she)，反射(she)的(de)(de)回波由探頭接(jie)收。通過探頭的(de)(de)正壓電(dian)(dian)效應(ying)將聲(sheng)信(xin)號(hao)轉(zhuan)換為電(dian)(dian)信(xin)號(hao)送至(zhi)放大電(dian)(dian)路(lu)被(bei)放大、檢(jian)波，信(xin)號(hao)電(dian)(dian)壓加到示波管(guan)的(de)(de)垂(chui)直（y軸）偏轉(zhuan)板上，使電(dian)(dian)子束發(fa)生(sheng)(sheng)垂(chui)直偏轉(zhuan)，在(zai)(zai)水(shui)平(ping)掃(sao)描(miao)的(de)(de)相應(ying)位置上產(chan)(chan)(chan)生(sheng)(sheng)缺陷(xian)的(de)(de)回波和(he)底(di)面(mian)波。
b. B型(xing)顯示超聲波探傷儀
工作原理：同步電(dian)(dian)路(lu)(lu)產生脈沖信號觸發(fa)探(tan)頭發(fa)射(she)超(chao)聲波(bo)信號，同時也觸發(fa)y掃描(miao)電(dian)(dian)路(lu)(lu)，并將鋸齒(chi)波(bo)電(dian)(dian)壓施加在(zai)示(shi)(shi)波(bo)管y軸偏轉(zhuan)板(ban)上(shang)。施加在(zai)x軸偏轉(zhuan)板(ban)上(shang)的(de)(de)是隨探(tan)頭位置變(bian)(bian)化而變(bian)(bian)化的(de)(de)直流電(dian)(dian)壓，當探(tan)頭在(zai)工件上(shang)沿直線移動時，在(zai)顯(xian)示(shi)(shi)器上(shang)顯(xian)示(shi)(shi)出沿探(tan)頭掃描(miao)線所處的(de)(de)截(jie)面(mian)上(shang)的(de)(de)前后表面(mian)，內(nei)部反(fan)射(she)界(jie)面(mian)的(de)(de)位置、取向及深度(du)。電(dian)(dian)路(lu)(lu)框(kuang)圖(tu)如圖(tu)3.19所示(shi)(shi)。
c. C型顯(xian)示超聲探傷(shang)儀
C型顯示(shi)超(chao)聲波探傷儀一般由同(tong)步、發(fa)射、放大(da)、與(yu)(yu)門、閘(zha)門、平面(mian)顯示(shi)器與(yu)(yu)機(ji)械同(tong)步組成，如(ru)圖(tu)3.20所(suo)示(shi)。
工(gong)(gong)作原理：同步電(dian)路(lu)產(chan)生(sheng)(sheng)同步脈沖信號激勵換(huan)能器(qi)產(chan)生(sheng)(sheng)超聲波(bo)(bo)信號，傳遞到工(gong)(gong)件(jian)中，并同時(shi)觸發閘門電(dian)路(lu)以(yi)獲得閘門信號。示(shi)波(bo)(bo)管(guan)(guan)的(de)(de)橫縱(zong)坐(zuo)標(biao)分(fen)別表示(shi)工(gong)(gong)件(jian)探測(ce)面上的(de)(de)相(xiang)應(ying)的(de)(de)橫坐(zuo)標(biao)和(he)縱(zong)坐(zuo)標(biao)。電(dian)位器(qi)x和(he)y的(de)(de)直流電(dian)壓(ya)分(fen)別作用于控制示(shi)波(bo)(bo)管(guan)(guan)的(de)(de)水(shui)平(ping)和(he)垂直偏(pian)轉(zhuan)板(ban)。機械同步將探頭(tou)與兩個電(dian)位器(qi)實現聯動。探頭(tou)移(yi)動時(shi)，把(ba)移(yi)動的(de)(de)X分(fen)量與Y分(fen)量分(fen)別施加在水(shui)平(ping)和(he)垂直偏(pian)轉(zhuan)板(ban)，偏(pian)轉(zhuan)板(ban)電(dian)壓(ya)發生(sheng)(sheng)相(xiang)應(ying)變(bian)化，使屏幕上的(de)(de)坐(zuo)標(biao)與工(gong)(gong)件(jian)探測(ce)面上的(de)(de)坐(zuo)標(biao)相(xiang)對應(ying)。
d. 模擬式(shi)超聲波探(tan)傷儀(yi)的構成及(ji)其功(gong)能
模擬式超聲波探傷儀的電路(lu)框圖(tu)如圖(tu)3.21所示。
（1)組成部(bu)分及其作用(yong)
①. 超(chao)聲波探傷儀的協調(diao)中(zhong)心是同步電(dian)路，它決(jue)定著(zhu)激勵(li)信號的重復頻率。
②. 發(fa)射電(dian)路主要作(zuo)用是(shi)產生高壓(ya)脈沖作(zuo)用于(yu)超聲波換能器產生超聲波。
③. 掃(sao)(sao)描電(dian)路(lu)使(shi)顯(xian)示屏上出現條明(ming)亮的時(shi)基線，也就是時(shi)間軸和水平掃(sao)(sao)描線。它控制(zhi)著(zhu)掃(sao)(sao)描速度，決定著(zhu)儀器(qi)的檢測范圍。
④. 接收(shou)放大電(dian)路(lu)將探頭產(chan)生的微弱(ruo)回(hui)波信號電(dian)壓放大到顯示屏的縱(zong)坐標方向，以顯示工作(zuo)電(dian)壓。它(ta)控制(zhi)著儀器的增(zeng)益(yi)和衰減(jian)。
（2)各主(zhu)要開關和旋鈕(niu)的作用及(ji)其調整方法(fa)。
在模擬式超(chao)聲波探(tan)傷儀(yi)面板上，合理選用開(kai)關和(he)按鈕可(ke)以實(shi)現不同的(de)功能(neng)。各主要(yao)開(kai)關和(he)旋鈕的(de)作用及其調整方法如下：
①. 工作方(fang)式選擇旋鈕(niu)
發(fa)射探頭和(he)(he)接(jie)收(shou)(shou)探頭分別連接(jie)到發(fa)射插座(zuo)和(he)(he)接(jie)收(shou)(shou)插座(zuo)，工(gong)作方式(shi)(shi)選(xuan)擇(ze)旋鈕的(de)作用(yong)是選(xuan)擇(ze)檢測方式(shi)(shi)，即“雙探”或“單探”方式(shi)(shi)。當選(xuan)擇(ze)“雙探”時，兩個(ge)探頭的(de)工(gong)作模式(shi)(shi)為一發(fa)一收(shou)(shou)。當選(xuan)擇(ze)“單探”時，發(fa)射插座(zuo)和(he)(he)接(jie)收(shou)(shou)插座(zuo)內部(bu)連通，單個(ge)探頭自發(fa)自收(shou)(shou)。
②. 發(fa)射強度旋鈕
此(ci)按鈕(niu)主要改變激勵脈(mo)沖(chong)的強度(du)，增加或者減小發射功率，增大發射強度(du)，有助于提(ti)高儀器靈(ling)敏度(du)。但脈(mo)沖(chong)變寬，分(fen)辨力差(cha)。因此(ci)，應(ying)根據實際情況選擇合(he)適的發射強度(du)。
③. 增益旋(xuan)鈕
接(jie)收信號幅(fu)值可能會非常(chang)低，這(zhe)樣不(bu)利于信號分析，通過調節增益旋鈕，可以改變接(jie)收放大(da)器的放大(da)倍數(shu)。使用時，將回波高度(du)精(jing)確(que)地調節到某一(yi)(yi)指定高度(du)，將儀器靈(ling)敏度(du)確(que)定以后，在檢測過程中一(yi)(yi)般不(bu)再調整增益旋鈕。
④. 衰減器(qi)
衰(shuai)減器可以調節(jie)檢測靈(ling)敏度(du)和(he)測量回波振幅(fu)。用來調節(jie)靈(ling)敏度(du)時(shi)，衰(shuai)減讀數(shu)(shu)大，回波幅(fu)度(du)低；反(fan)(fan)之(zhi)，靈(ling)敏度(du)高。用來調節(jie)回波振幅(fu)時(shi)，衰(shuai)減讀數(shu)(shu)大，回波幅(fu)度(du)高；反(fan)(fan)之(zhi)，回波幅(fu)度(du)低。
⑤. 深度范圍旋鈕(niu)
此(ci)按(an)鈕(niu)主要(yao)是調節顯(xian)示(shi)在屏(ping)幕(mu)上(shang)的(de)檢(jian)測范圍。可以將顯(xian)示(shi)在屏(ping)幕(mu)上(shang)的(de)回波信號間距壓(ya)縮(suo)或者擴展。
⑥. 深度細調旋(xuan)鈕
深(shen)度(du)細(xi)(xi)(xi)調(diao)(diao)旋(xuan)(xuan)鈕(niu)的作用是(shi)精(jing)確調(diao)(diao)整檢測范圍。調(diao)(diao)節(jie)深(shen)度(du)細(xi)(xi)(xi)調(diao)(diao)旋(xuan)(xuan)鈕(niu)，可連(lian)續(xu)改(gai)變掃描線的掃描速度(du)，從(cong)而(er)使顯示屏上的回(hui)波(bo)間距(ju)在一(yi)定范圍內連(lian)續(xu)變化。調(diao)(diao)整檢測范圍時，應先將深(shen)度(du)粗調(diao)(diao)旋(xuan)(xuan)鈕(niu)置于(yu)合(he)適的檔級，然后調(diao)(diao)節(jie)深(shen)度(du)細(xi)(xi)(xi)調(diao)(diao)旋(xuan)(xuan)鈕(niu)，使反射波(bo)的間距(ju)與反射體的距(ju)離成一(yi)定比例。
⑦. 延(yan)遲(chi)旋鈕
此按鈕(niu)(niu)可(ke)以使顯示在屏幕上的(de)回(hui)波信號大幅度地左右移(yi)動而不改變回(hui)波之間的(de)距(ju)離。調(diao)節(jie)檢測(ce)范圍時，先用(yong)深(shen)度粗調(diao)旋(xuan)(xuan)鈕(niu)(niu)和深(shen)度細調(diao)旋(xuan)(xuan)鈕(niu)(niu)調(diao)節(jie)好回(hui)波間距(ju)，再用(yong)延遲旋(xuan)(xuan)鈕(niu)(niu)將反射波調(diao)至(zhi)正(zheng)確位置，通過延遲旋(xuan)(xuan)鈕(niu)(niu)進行零位校正(zheng)，使聲程原點與水平刻度的(de)零點重合。
⑧. 聚焦(jiao)旋鈕
聚焦旋鈕可以(yi)調(diao)節電(dian)子束的粗細程度，可以(yi)根據實際情況(kuang)調(diao)節，使顯示屏波形清晰(xi)。
⑨. 水(shui)平(ping)旋鈕(niu)
水平(ping)旋鈕也稱為(wei)零位調節(jie)旋鈕。通過調節(jie)水平(ping)旋鈕使掃描線連同回波(bo)一(yi)起左(zuo)右移動一(yi)段距離(li)，回波(bo)之間的(de)距離(li)不發生(sheng)改變(bian)。
⑩. 重復頻率旋鈕(niu)
此按鈕(niu)調節的(de)是激(ji)勵脈沖(chong)的(de)重復頻(pin)率(lv)(lv)，即激(ji)勵脈沖(chong)的(de)發(fa)射(she)間隔。當(dang)屏幕(mu)上(shang)顯示的(de)圖案比較暗淡時(shi)，可以提高重復頻(pin)率(lv)(lv)，就會(hui)使圖案變得(de)更加清晰。
?. 垂直旋鈕
通過調節(jie)垂直旋鈕使(shi)掃描線連同(tong)回波一起上下移動一段距(ju)離，回波之間的(de)距(ju)離不發生改(gai)變(bian)。
?. 深度補(bu)償開關
此旋鈕的作用是調節回(hui)波(bo)增益，減小相同形狀但(dan)不同深度的缺陷的回(hui)波(bo)高度差。
2. 數字式超聲探傷儀
數字式超聲探(tan)傷儀整(zheng)機由微處理(li)器(qi)系統同步和控制，由發射、接收、數控放大(da)器(qi)單(dan)元，數據(ju)調整(zheng)實(shi)時(shi)采集、存儲和分析(xi)、處理(li)單(dan)元以及回波(bo)顯示和打(da)印輸出等組成。
a. 數字式超聲(sheng)探(tan)傷(shang)儀與模擬式超聲(sheng)探(tan)傷(shang)儀的異同(tong)點對比
①. 基本組成
如(ru)圖(tu)3.22所示(shi)(shi)為(wei)數字(zi)式(shi)超聲(sheng)探傷(shang)儀(yi)的(de)(de)(de)電路框圖(tu)，其發(fa)射(she)電路與(yu)模擬(ni)式(shi)超聲(sheng)探傷(shang)儀(yi)相同，接(jie)收放大(da)電路的(de)(de)(de)衰減器(qi)(qi)與(yu)高頻(pin)放大(da)器(qi)(qi)等也與(yu)模擬(ni)式(shi)超聲(sheng)探傷(shang)儀(yi)相同，信號(hao)(hao)放大(da)后由(you)A/D轉換(huan)(huan)器(qi)(qi)轉換(huan)(huan)成數字(zi)信號(hao)(hao)，輸送到(dao)微(wei)處(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi)進(jin)行處(chu)(chu)理(li)，顯(xian)(xian)示(shi)(shi)器(qi)(qi)進(jin)行處(chu)(chu)理(li)，模擬(ni)式(shi)超聲(sheng)探傷(shang)儀(yi)上(shang)的(de)(de)(de)檢波、濾波、抑制等功能(neng)可以通過(guo)對數字(zi)信號(hao)(hao)的(de)(de)(de)處(chu)(chu)理(li)來完成。數字(zi)式(shi)儀(yi)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)顯(xian)(xian)示(shi)(shi)是由(you)微(wei)處(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi)控制實現逐(zhu)(zhu)步逐(zhu)(zhu)點掃(sao)描，在顯(xian)(xian)示(shi)(shi)器(qi)(qi)上(shang)顯(xian)(xian)示(shi)(shi)二維點陣圖(tu)。發(fa)射(she)電路與(yu)模數轉換(huan)(huan)由(you)微(wei)處(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi)協(xie)調各部分的(de)(de)(de)工作，不再需要同步電路。
②. 儀器功能(neng)
數(shu)字式(shi)(shi)(shi)超聲(sheng)(sheng)探(tan)傷(shang)儀(yi)(yi)的(de)基本功能與模擬式(shi)(shi)(shi)超聲(sheng)(sheng)探(tan)傷(shang)儀(yi)(yi)相同，各(ge)(ge)部分功能的(de)控(kong)制方式(shi)(shi)(shi)不同。模擬式(shi)(shi)(shi)超聲(sheng)(sheng)探(tan)傷(shang)儀(yi)(yi)直接通過開關對(dui)儀(yi)(yi)器的(de)電(dian)路進行調(diao)整(zheng)；數(shu)字式(shi)(shi)(shi)超聲(sheng)(sheng)探(tan)傷(shang)儀(yi)(yi)采(cai)用人(ren)機對(dui)話(hua)，將(jiang)控(kong)制數(shu)據(ju)輸人(ren)微(wei)處理(li)器，由微(wei)處理(li)器控(kong)制各(ge)(ge)電(dian)路的(de)工(gong)作，有(you)利于自動檢查。
③. 儀器性能(neng)
兩類儀器的(de)發射電(dian)路(lu)、接收電(dian)路(lu)相同，因此儀器的(de)靈敏度、分辨率基本相同。差別(bie)主(zhu)要是(shi)信號的(de)模數轉換(huan)、處理(li)及顯示部(bu)(bu)分，這(zhe)部(bu)(bu)分功能直接影響對缺陷的(de)判斷(duan)。
b. 數(shu)字(zi)式超聲探傷儀(yi)的優缺(que)點
①. 優點(dian)
接(jie)收信(xin)(xin)號(hao)數(shu)字化，使(shi)(shi)超(chao)(chao)聲信(xin)(xin)號(hao)的(de)存儲、記錄、再現(xian)、處理(li)、分析都很方(fang)便(bian)，可以使(shi)(shi)超(chao)(chao)聲信(xin)(xin)號(hao)永久記錄，使(shi)(shi)檢測(ce)過(guo)程中(zhong)重(zhong)現(xian)更方(fang)便(bian)，同時也(ye)能從(cong)超(chao)(chao)聲信(xin)(xin)號(hao)中(zhong)得到(dao)更多的(de)量化信(xin)(xin)息(xi)；顯示器不需要傳統(tong)的(de)示波器，使(shi)(shi)得儀器更便(bian)于小(xiao)型化；軟件(jian)功能可以擴展，有利于滿足不同使(shi)(shi)用場合(he)的(de)要求；為自動檢測(ce)系(xi)統(tong)的(de)實現(xian)提供條件(jian)。
②. 缺點(dian)
模(mo)數轉換器(qi)的(de)采樣頻率、數據長度、顯示器(qi)的(de)分辨率等直接影響信(xin)號的(de)質量，如果信(xin)號失真(zhen)，會(hui)造成(cheng)漏(lou)檢誤檢等，因此在使用過程中應引起重視。
