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(zhao)超聲(sheng)波的連續性分類
1. 脈沖波超聲探傷(shang)儀
這(zhe)(zhe)種(zhong)儀(yi)器主要(yao)是(shi)通(tong)過周期性(xing)的(de)發射不連續的(de)脈沖波來(lai)激勵(li)換能器產生超(chao)聲波，根(gen)據超(chao)聲波的(de)傳播(bo)速度或(huo)者回波的(de)幅值(zhi)等特(te)性(xing)判斷工件中是(shi)否(fou)有缺陷，這(zhe)(zhe)是(shi)目(mu)前最常(chang)用的(de)探(tan)傷(shang)儀(yi)模式。
2. 連(lian)續(xu)波超聲(sheng)探(tan)傷儀
這(zhe)種儀(yi)器(qi)探(tan)(tan)頭向工件(jian)發射連續(xu)且頻率不(bu)變(bian)的超聲波，主要是(shi)通過(guo)觀察透過(guo)工件(jian)的超聲波強度(du)的變(bian)化來判斷工件(jian)中是(shi)否有(you)缺(que)陷(xian)。這(zhe)種儀(yi)器(qi)通常情況(kuang)下靈敏(min)度(du)低，而且難以(yi)確定缺(que)陷(xian)位(wei)置(zhi)，大多被脈沖探(tan)(tan)傷儀(yi)器(qi)取(qu)代，不(bu)過(guo)仍(reng)舊應用在超聲波顯像及(ji)超聲波共振(zhen)測厚(hou)等方面。
3. 調頻波超聲(sheng)探傷儀
這(zhe)(zhe)種儀(yi)器發射的(de)(de)超聲波(bo)是(shi)周期性連續且頻(pin)率周期性變化(hua)的(de)(de)超聲波(bo)，主要是(shi)觀察發射波(bo)與回波(bo)的(de)(de)變化(hua)，判(pan)斷工件中有無缺陷。但(dan)其局(ju)限性是(shi)適用于檢測與探測面平行的(de)(de)缺陷，所(suo)以(yi)這(zhe)(zhe)種儀(yi)器也大(da)多被脈沖探傷儀(yi)器取代。
二、按缺陷顯示方式分(fen)類
1. A型顯示
A型顯示探傷儀反(fan)饋(kui)的(de)(de)是(shi)波(bo)(bo)形，它(ta)顯示的(de)(de)是(shi)超聲波(bo)(bo)回波(bo)(bo)的(de)(de)位置(zhi)與幅度(du)，回波(bo)(bo)的(de)(de)位置(zhi)反(fan)映的(de)(de)是(shi)超聲波(bo)(bo)的(de)(de)傳播時間(jian)，幅度(du)則是(shi)體現出了缺(que)陷的(de)(de)特(te)性。
2. B型顯(xian)示
B型顯示(shi)探傷儀反(fan)饋的(de)(de)是圖像(xiang)，探傷儀沿熒光屏橫坐(zuo)標方(fang)向機(ji)械掃(sao)描形成探頭的(de)(de)掃(sao)查軌(gui)跡，沿縱(zong)坐(zuo)標方(fang)向反(fan)饋處回波的(de)(de)時間（或距離），這(zhe)樣就(jiu)可以(yi)直觀地表示(shi)出處于某一縱(zong)面(mian)上的(de)(de)缺陷(xian)。
3. C型顯示
C型顯示(shi)(shi)探傷儀反饋的(de)(de)也是(shi)圖像，探傷儀在橫坐標(biao)和縱(zong)坐標(biao)方向都是(shi)機械掃描來代表(biao)探頭(tou)在工作表(biao)面(mian)的(de)(de)位置(zhi)。光點輝度表(biao)示(shi)(shi)探頭(tou)接收信號幅度，所以當探頭(tou)在工件(jian)表(biao)面(mian)移(yi)動反饋在熒光屏上便(bian)顯示(shi)(shi)出工件(jian)內部缺(que)陷的(de)(de)平面(mian)圖像，但不能顯示(shi)(shi)缺(que)陷深度。
A型(xing)、B型(xing)、C型(xing)三種顯(xian)示分(fen)別如圖3.17所(suo)示。
三(san)、按超(chao)聲波的通道分類
1. 單(dan)通(tong)道探傷儀
這(zhe)種(zhong)儀器(qi)在(zai)目前的超聲波(bo)檢測中應用比較(jiao)廣(guang)泛(fan)，一(yi)般(ban)是使用一(yi)個探頭或一(yi)對探頭。
2. 多通道探傷儀
在某些場合中，單一的(de)探頭(tou)接(jie)收(shou)的(de)回(hui)波(bo)信息較(jiao)少，所以采用多(duo)個或(huo)多(duo)對(dui)探頭(tou)同時工作，通常應(ying)用于(yu)自動化檢測。
四(si)、按工(gong)作制式分類
1. 模(mo)擬(ni)式超(chao)聲探傷(shang)儀
a. A型脈沖反射式超聲波探傷儀(yi)
A型(xing)脈沖(chong)反射式超聲波(bo)探傷設備主要(yao)包含(han)同步電(dian)(dian)(dian)(dian)路、發射電(dian)(dian)(dian)(dian)路、接(jie)收放大電(dian)(dian)(dian)(dian)路、掃描電(dian)(dian)(dian)(dian)路、顯示電(dian)(dian)(dian)(dian)路和電(dian)(dian)(dian)(dian)源電(dian)(dian)(dian)(dian)路等主要(yao)電(dian)(dian)(dian)(dian)路，其(qi)次有延(yan)時(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)路、報警(jing)電(dian)(dian)(dian)(dian)路、深度(du)補償電(dian)(dian)(dian)(dian)路、標記電(dian)(dian)(dian)(dian)路、跟蹤(zong)及記錄等附加裝(zhuang)置(zhi)組(zu)成。電(dian)(dian)(dian)(dian)路框圖如圖3.18所(suo)示。
工作(zuo)原理：電(dian)(dian)(dian)路(lu)接通后，同(tong)步電(dian)(dian)(dian)路(lu)產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)周(zhou)期性(xing)同(tong)步脈(mo)沖信號(hao)(hao)，一方面同(tong)步脈(mo)沖觸(chu)發(fa)(fa)掃(sao)(sao)描(miao)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)器產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)線(xian)(xian)性(xing)的(de)(de)(de)鋸齒波(bo)，經掃(sao)(sao)描(miao)放(fang)大(da)加到示波(bo)管水平(ping)(ping)（x軸）偏轉板上，產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)一個從(cong)左到右的(de)(de)(de)水平(ping)(ping)掃(sao)(sao)描(miao)線(xian)(xian)，即時基線(xian)(xian)。另(ling)一方面觸(chu)發(fa)(fa)發(fa)(fa)射電(dian)(dian)(dian)路(lu)產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)高頻脈(mo)沖并作(zuo)用(yong)于探(tan)頭(tou)，通過探(tan)頭(tou)的(de)(de)(de)逆(ni)壓電(dian)(dian)(dian)效(xiao)應將(jiang)信號(hao)(hao)轉換(huan)(huan)為(wei)聲(sheng)信號(hao)(hao)，發(fa)(fa)射超聲(sheng)波(bo)。超聲(sheng)波(bo)在(zai)傳(chuan)播過程中遇到異質界面（缺陷或底面）產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)反射，反射的(de)(de)(de)回(hui)波(bo)由(you)探(tan)頭(tou)接收。通過探(tan)頭(tou)的(de)(de)(de)正壓電(dian)(dian)(dian)效(xiao)應將(jiang)聲(sheng)信號(hao)(hao)轉換(huan)(huan)為(wei)電(dian)(dian)(dian)信號(hao)(hao)送至放(fang)大(da)電(dian)(dian)(dian)路(lu)被放(fang)大(da)、檢波(bo)，信號(hao)(hao)電(dian)(dian)(dian)壓加到示波(bo)管的(de)(de)(de)垂(chui)直（y軸）偏轉板上，使電(dian)(dian)(dian)子束發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)垂(chui)直偏轉，在(zai)水平(ping)(ping)掃(sao)(sao)描(miao)的(de)(de)(de)相應位置上產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)缺陷的(de)(de)(de)回(hui)波(bo)和底面波(bo)。
b. B型(xing)顯示超聲波探傷(shang)儀
工(gong)作(zuo)原理：同步電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)產生脈沖(chong)信號觸(chu)發(fa)探(tan)頭發(fa)射超聲波(bo)信號，同時也觸(chu)發(fa)y掃(sao)描電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)，并將鋸齒波(bo)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)施(shi)加(jia)在示波(bo)管y軸偏(pian)轉板上(shang)。施(shi)加(jia)在x軸偏(pian)轉板上(shang)的(de)是隨探(tan)頭位置變化而變化的(de)直流電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)，當(dang)探(tan)頭在工(gong)件上(shang)沿直線(xian)移(yi)動時，在顯示器上(shang)顯示出沿探(tan)頭掃(sao)描線(xian)所處的(de)截面上(shang)的(de)前后表(biao)面，內(nei)部反射界(jie)面的(de)位置、取向(xiang)及(ji)深度。電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)框圖如圖3.19所示。
c. C型顯示超(chao)聲探傷儀
C型(xing)顯示超聲波(bo)探傷儀一般由同(tong)步、發射、放大、與(yu)(yu)門(men)、閘(zha)門(men)、平面顯示器(qi)與(yu)(yu)機械(xie)同(tong)步組成，如(ru)圖3.20所示。
工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)原理：同(tong)步(bu)電路(lu)產生(sheng)同(tong)步(bu)脈沖信(xin)(xin)號(hao)激勵換能器產生(sheng)超聲(sheng)波(bo)信(xin)(xin)號(hao)，傳遞到工(gong)(gong)件中，并同(tong)時(shi)觸(chu)發(fa)閘(zha)門電路(lu)以獲得閘(zha)門信(xin)(xin)號(hao)。示波(bo)管的橫縱坐(zuo)標(biao)(biao)分別表(biao)示工(gong)(gong)件探(tan)測面上(shang)的相應的橫坐(zuo)標(biao)(biao)和縱坐(zuo)標(biao)(biao)。電位器x和y的直流電壓分別作(zuo)(zuo)用(yong)于控制(zhi)示波(bo)管的水(shui)平和垂(chui)直偏(pian)轉板。機(ji)械(xie)同(tong)步(bu)將(jiang)探(tan)頭(tou)與兩個(ge)電位器實(shi)現(xian)聯動。探(tan)頭(tou)移動時(shi)，把移動的X分量(liang)與Y分量(liang)分別施加在水(shui)平和垂(chui)直偏(pian)轉板，偏(pian)轉板電壓發(fa)生(sheng)相應變化(hua)，使(shi)屏幕上(shang)的坐(zuo)標(biao)(biao)與工(gong)(gong)件探(tan)測面上(shang)的坐(zuo)標(biao)(biao)相對應。
d. 模擬式超聲(sheng)波(bo)探傷(shang)儀的構成及其功能(neng)
模擬式(shi)超聲(sheng)波探傷儀的電路(lu)框(kuang)圖(tu)如圖(tu)3.21所示。
（1)組(zu)成部(bu)分及其作用
①. 超聲波探(tan)傷儀的協調中心是同步電路，它決定(ding)著激勵信(xin)號的重復頻率(lv)。
②. 發射電路(lu)主要作用是產生高壓脈沖作用于超聲波(bo)換能器產生超聲波(bo)。
③. 掃(sao)描電路(lu)使顯示(shi)屏上出現條明(ming)亮(liang)的時基線，也(ye)就是(shi)時間軸和水平(ping)掃(sao)描線。它控制(zhi)著掃(sao)描速度，決定著儀器的檢測范圍。
④. 接收放(fang)大電路將(jiang)探頭產(chan)生(sheng)的微弱(ruo)回波信號電壓(ya)放(fang)大到(dao)顯(xian)示屏的縱(zong)坐標方(fang)向(xiang)，以顯(xian)示工作(zuo)電壓(ya)。它控制(zhi)著儀器的增(zeng)益和(he)衰(shuai)減。
（2)各(ge)主要(yao)開關(guan)和旋鈕的作(zuo)用及其調(diao)整(zheng)方(fang)法。
在模擬式超聲(sheng)波探傷儀面板上，合理(li)選用開(kai)關和按鈕(niu)可以實現不同的(de)功(gong)能。各主要開(kai)關和旋鈕(niu)的(de)作用及其調整方法如下(xia)：
①. 工作(zuo)方式選擇旋鈕(niu)
發(fa)(fa)(fa)(fa)射探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)和接收探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)分別連接到發(fa)(fa)(fa)(fa)射插(cha)座和接收插(cha)座，工作(zuo)方式選擇(ze)旋(xuan)鈕的作(zuo)用是選擇(ze)檢測方式，即“雙探(tan)(tan)(tan)(tan)”或“單探(tan)(tan)(tan)(tan)”方式。當選擇(ze)“雙探(tan)(tan)(tan)(tan)”時(shi)，兩個探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)的工作(zuo)模式為一發(fa)(fa)(fa)(fa)一收。當選擇(ze)“單探(tan)(tan)(tan)(tan)”時(shi)，發(fa)(fa)(fa)(fa)射插(cha)座和接收插(cha)座內部連通(tong)，單個探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)自發(fa)(fa)(fa)(fa)自收。
②. 發射強(qiang)度旋鈕
此(ci)按鈕主(zhu)要(yao)改變(bian)激勵脈沖(chong)的(de)強度，增加或者減小發(fa)射(she)功率，增大發(fa)射(she)強度，有助于提(ti)高(gao)儀(yi)器(qi)靈(ling)敏(min)度。但(dan)脈沖(chong)變(bian)寬，分辨力差。因此(ci)，應(ying)根據實際情況選擇合適的(de)發(fa)射(she)強度。
③. 增益旋鈕
接(jie)收信號幅值可能會(hui)非常(chang)低，這(zhe)樣不利于(yu)信號分析，通過調節(jie)增益旋鈕，可以改(gai)變(bian)接(jie)收放大(da)器(qi)的放大(da)倍數(shu)。使(shi)用時(shi)，將回波高度(du)(du)精確(que)地調節(jie)到某一(yi)指定(ding)高度(du)(du)，將儀器(qi)靈敏(min)度(du)(du)確(que)定(ding)以后，在(zai)檢測過程(cheng)中一(yi)般不再調整增益旋鈕。
④. 衰減器
衰減(jian)(jian)器可(ke)以調(diao)節檢(jian)測靈敏度(du)(du)和測量回波(bo)振幅(fu)(fu)。用來調(diao)節靈敏度(du)(du)時，衰減(jian)(jian)讀數大，回波(bo)幅(fu)(fu)度(du)(du)低(di)；反(fan)之(zhi)，靈敏度(du)(du)高。用來調(diao)節回波(bo)振幅(fu)(fu)時，衰減(jian)(jian)讀數大，回波(bo)幅(fu)(fu)度(du)(du)高；反(fan)之(zhi)，回波(bo)幅(fu)(fu)度(du)(du)低(di)。
⑤. 深度(du)范圍旋鈕
此按鈕主要是調節顯示(shi)在(zai)屏(ping)幕上的檢測范圍(wei)。可以(yi)將顯示(shi)在(zai)屏(ping)幕上的回波信(xin)號間距(ju)壓縮或者擴展。
⑥. 深度細調旋(xuan)鈕
深(shen)(shen)度細調(diao)旋(xuan)鈕(niu)的(de)作用是精確(que)調(diao)整檢測范圍。調(diao)節深(shen)(shen)度細調(diao)旋(xuan)鈕(niu)，可連續(xu)(xu)改變掃(sao)(sao)描線的(de)掃(sao)(sao)描速(su)度，從而使(shi)顯示屏(ping)上的(de)回波(bo)間距(ju)(ju)在(zai)一定(ding)(ding)范圍內連續(xu)(xu)變化。調(diao)整檢測范圍時，應先將深(shen)(shen)度粗調(diao)旋(xuan)鈕(niu)置于合適的(de)檔級，然后調(diao)節深(shen)(shen)度細調(diao)旋(xuan)鈕(niu)，使(shi)反(fan)射波(bo)的(de)間距(ju)(ju)與反(fan)射體的(de)距(ju)(ju)離成一定(ding)(ding)比(bi)例。
⑦. 延遲旋鈕
此按鈕(niu)(niu)(niu)可以(yi)使顯示(shi)在屏(ping)幕上的回波(bo)(bo)信號大幅度(du)地左右移動而不改變回波(bo)(bo)之間的距(ju)離。調(diao)節檢(jian)測(ce)范圍時，先用深(shen)度(du)粗(cu)調(diao)旋鈕(niu)(niu)(niu)和深(shen)度(du)細(xi)調(diao)旋鈕(niu)(niu)(niu)調(diao)節好回波(bo)(bo)間距(ju)，再(zai)用延遲旋鈕(niu)(niu)(niu)將反射波(bo)(bo)調(diao)至正確位置，通(tong)過(guo)延遲旋鈕(niu)(niu)(niu)進行(xing)零(ling)(ling)位校(xiao)正，使聲程原(yuan)點與水平(ping)刻度(du)的零(ling)(ling)點重合。
⑧. 聚焦旋鈕
聚焦旋鈕可(ke)(ke)以(yi)調(diao)節電子(zi)束(shu)的粗細(xi)程度，可(ke)(ke)以(yi)根據實際情況調(diao)節，使(shi)顯示屏波形清晰。
⑨. 水平(ping)旋鈕
水(shui)平旋鈕也稱(cheng)為零位(wei)調(diao)節旋鈕。通(tong)過調(diao)節水(shui)平旋鈕使掃描線(xian)連同回波一起左右移動一段距離(li)，回波之間的距離(li)不發生改變。
⑩. 重復頻率旋鈕
此(ci)按鈕(niu)調節的是(shi)激(ji)勵脈(mo)沖(chong)的重復頻率(lv)，即(ji)激(ji)勵脈(mo)沖(chong)的發射間隔。當屏幕上顯示的圖(tu)案比較暗淡時，可以提(ti)高重復頻率(lv)，就會使圖(tu)案變得更加清晰(xi)。
?. 垂(chui)直(zhi)旋鈕(niu)
通過調節垂直旋鈕(niu)使掃描(miao)線連(lian)同回波(bo)一起上下移(yi)動(dong)一段距離，回波(bo)之間的距離不發(fa)生改變。
?. 深(shen)度補(bu)償(chang)開關
此旋鈕的作用(yong)是調節回波(bo)增益，減小(xiao)相同(tong)形狀但不同(tong)深度的缺陷的回波(bo)高度差。
2. 數字式超聲探傷(shang)儀(yi)
數字式超(chao)聲(sheng)探傷儀整機由微處(chu)理(li)器系統(tong)同步(bu)和(he)控制(zhi)，由發(fa)射(she)、接(jie)收、數控放大器單元(yuan)，數據調整實時采集(ji)、存儲和(he)分析、處(chu)理(li)單元(yuan)以及回(hui)波顯示和(he)打(da)印(yin)輸出等組成。
a. 數字式超聲(sheng)探傷儀與模擬式超聲(sheng)探傷儀的異(yi)同點對比
①. 基本(ben)組成
如圖(tu)3.22所示(shi)(shi)(shi)為(wei)數字式(shi)(shi)超(chao)聲(sheng)(sheng)探傷儀的(de)電(dian)路(lu)(lu)(lu)框圖(tu)，其發(fa)射電(dian)路(lu)(lu)(lu)與模(mo)擬(ni)式(shi)(shi)超(chao)聲(sheng)(sheng)探傷儀相同(tong)，接收放(fang)大電(dian)路(lu)(lu)(lu)的(de)衰減器(qi)與高頻放(fang)大器(qi)等也(ye)與模(mo)擬(ni)式(shi)(shi)超(chao)聲(sheng)(sheng)探傷儀相同(tong)，信號放(fang)大后由A/D轉(zhuan)換器(qi)轉(zhuan)換成數字信號，輸送到微處(chu)理(li)(li)(li)(li)器(qi)進(jin)行處(chu)理(li)(li)(li)(li)，顯(xian)示(shi)(shi)(shi)器(qi)進(jin)行處(chu)理(li)(li)(li)(li)，模(mo)擬(ni)式(shi)(shi)超(chao)聲(sheng)(sheng)探傷儀上(shang)的(de)檢波、濾(lv)波、抑制等功(gong)能(neng)可(ke)以通(tong)過(guo)對(dui)數字信號的(de)處(chu)理(li)(li)(li)(li)來完成。數字式(shi)(shi)儀器(qi)的(de)顯(xian)示(shi)(shi)(shi)是由微處(chu)理(li)(li)(li)(li)器(qi)控制實(shi)現(xian)逐步(bu)逐點(dian)掃(sao)描，在(zai)顯(xian)示(shi)(shi)(shi)器(qi)上(shang)顯(xian)示(shi)(shi)(shi)二維點(dian)陣圖(tu)。發(fa)射電(dian)路(lu)(lu)(lu)與模(mo)數轉(zhuan)換由微處(chu)理(li)(li)(li)(li)器(qi)協調各(ge)部(bu)分的(de)工(gong)作，不(bu)再需要同(tong)步(bu)電(dian)路(lu)(lu)(lu)。
②. 儀器功能
數字式(shi)超(chao)聲(sheng)探傷儀的(de)基本(ben)功能與模擬(ni)式(shi)超(chao)聲(sheng)探傷儀相同(tong)，各(ge)部分功能的(de)控(kong)制(zhi)方式(shi)不同(tong)。模擬(ni)式(shi)超(chao)聲(sheng)探傷儀直接(jie)通過開(kai)關對儀器(qi)(qi)的(de)電(dian)路(lu)進(jin)行調整；數字式(shi)超(chao)聲(sheng)探傷儀采用人機對話，將控(kong)制(zhi)數據輸(shu)人微處理器(qi)(qi)，由(you)微處理器(qi)(qi)控(kong)制(zhi)各(ge)電(dian)路(lu)的(de)工作，有利于自動檢(jian)查。
③. 儀(yi)器性能
兩類儀器的發射電路、接收電路相(xiang)(xiang)同，因此(ci)儀器的靈敏度、分(fen)辨率基本相(xiang)(xiang)同。差別(bie)主(zhu)要是信號的模數轉換、處(chu)理及顯示部(bu)分(fen)，這部(bu)分(fen)功能(neng)直接影響(xiang)對缺(que)陷的判斷。
b. 數字式超聲探傷儀的(de)優缺點
①. 優點(dian)
接收(shou)信(xin)(xin)號數字化(hua)，使(shi)超聲(sheng)信(xin)(xin)號的存儲、記(ji)錄(lu)、再現、處理、分析都很方(fang)便(bian)，可以(yi)使(shi)超聲(sheng)信(xin)(xin)號永久記(ji)錄(lu)，使(shi)檢(jian)測過程中重現更方(fang)便(bian)，同時(shi)也能從超聲(sheng)信(xin)(xin)號中得到更多的量化(hua)信(xin)(xin)息；顯示器不(bu)需要傳統的示波(bo)器，使(shi)得儀器更便(bian)于(yu)小型化(hua)；軟件功能可以(yi)擴(kuo)展(zhan)，有利于(yu)滿足不(bu)同使(shi)用場(chang)合的要求(qiu)；為自動檢(jian)測系統的實現提供條件。
②. 缺點
模數(shu)轉換器的(de)采樣頻率、數(shu)據(ju)長(chang)度、顯示器的(de)分辨率等直接影響信號的(de)質(zhi)量，如果信號失真，會造成漏檢(jian)誤檢(jian)等，因(yin)此在使用過程中應(ying)引起重視。
