用于材料检测的电脑超声波探伤仪

　　金属材料在各行各业中得到广泛的应用,从民用领域到军事领域,直至航天航空等尖端领域,都离不开它。由于材料内部的缺陷引起的各类事故时有发生,因此,金属材料的无损检测正受到越来越多的重视。特别是在那些和人身安全相关及大型投资工程中,如果不能及时地发现金属材料内部存在的某些缺陷,就可能给国家和人民的生命财产带来不可估量的损失。超声波检测作为一种非破坏性检测手段,可以检查和发现金属材料内部的缺陷。由于它能够及时发现缺陷,因而可以采取对应措施,防患于未然。

　　以大规模集成电路的发展为代表的信息技术在现代生活的许多领域中产生了巨大的影响,检测仪器和仪表正在向智能化方向发展。超声波检测技术由于其自身的特点,受到以微电脑技术为代表的新技术的影响。CUFD96电脑超声波探伤仪融合了数字电路技术、微电脑技术、超声波检测技术、汉字信息处理等技术。和传统的模拟超声波探伤仪相比,不仅它的检测精度高,定位准确,而且它可以提供客观的检测报告,大大提高了超声波检测的可靠性。

　　一、仪器工作原理

　　超声波是一种频率高于声波的机械波,在金属材料检测中,超声波的频率一般为1~ 10MHz。超声波的产生主要由超声换能器完成,超声换能器由压电陶瓷组成,它能够将电能转换为声能,也能够将声能转换为电能。我们知道,在均匀的金属材料中,超声波会一直向前传播,当材料内部存在缺陷时,由于缺陷处材料的声阻抗发生变化,就会出现反射波,当反射波再被换能器接收后,就可以在屏幕上显示出来。反射波和发射波之间的时间间隔可以确定缺陷的位置,反射波的幅度决定了缺陷的大小。一般地说,反射波幅度越高,缺陷越大。图1所示为超声波检测原理图。

　　传统的超声波检测仪器是在示波管上显示反射波,通过模拟开关和旋钮调节仪器,因此,检测的精度和可靠性不高,受人为因素的影响很大,使超声波检测技术的应用受到一定的制约。

　　电脑超声波探伤仪是超声波和电脑一体化仪器,它克服了传统超声波检测仪器的不足之处,大大提高了检测的可靠性和准确性。在研制电脑超声波探伤仪时,主要解决了几个关键问题:高性能CPU芯片;高速A/D转换器;大容量存储器;可编程程控放大和衰减器。图2表示电脑超声波探伤仪的系统框图。发射电路产生一高压脉冲,脉冲的宽度约为几十纳秒,电压为500V左右,用它可以激励超声波换能器。当换能器接收反射回波后,再将声能逆转换成电能。该信号经过放大、检波及整形后,供A/D转换器采样。

　　可编程衰减器和可编程放大器完成信号幅度调节作用。传统的超声波探伤仪设置了多级衰减器,这类衰减器采用电阻网络法来实现,总衰减量一般为100dB,最小调节步长为1dB。CUFD96采用计算机控制技术,由CPU输出控制码,经D/A转换后,加到放大器增益控制端,调节信号幅度,信号幅度的调节范围为110dB,最小调节步长为0.1dB。