超声换能器性能对检测质量的影响

　　众所周知,超声检测质量取决于检测工艺、仪器和换能器性能。当仪器和工艺确定之后,换能器的选择便成为确保检测质量的最主要因素。但是换能器的选择是最容易被忽视的,因为对换能器性能的测定目前还没有普及,不仅使用单位没有条件随时检测换能器性能的变化,而且许多制造单位甚至连起码的检测设备都不具备,更难对其生产的换能器提供可靠的性能数据。最近,我们对一种型号(以A表示,共13个)的国产换能器和两种型号(以B和C表示,共20个)进口换能器作了时域谱和频域谱的测试与分析,并用于缺陷自身高度的测量,比较了性能对检测质量的影响。本文介绍其中八个典型换能器的试验数据。

　　1试验条件

　　1.1仪器

　　试验用仪器为CTS-22型超声探伤仪。

　　1.2分析软件

　　从超声探伤仪中提出检波前信号,通过A/D转换将超声信号数字化。利用我们自己研究开发的超声检测信号分析软件,对采集到的换能器发射波和反射波数字信号进行时域、频域显示和分析,并测量其K值和中心频率。最后在线切割人工缺陷上作自身高度测量,比较其结果。

　　2换能器的基本参数

　　换能器基本参数见表1。

　　3换能器的时域谱和频域谱

　　3.1始波的时域谱

　　时域谱反映了声波幅值与时间的变化关系。为了保持信号的完整性,以得到更多的信息量,所以提取的超声信号必须是检波前信号。在超声波探伤仪上由于显示屏的局限,显示的波形很窄,不能对波形特征作全面分析。而数字化后的检波前信号,可以根据需要作各种显示以便对其分析和比较。

　　我们对30余个探头的发射波形(始波)进行比较发现,有些探头的始波比较单纯,如图1,有些探头的始波比较复杂,如图2。

　　3.2回波的时域谱

　　反射回波的时域谱取决于反射体的状态。图3是标准试块R100处反射回波时域谱,相当于大平底的反射回波,形状比较简单。图4是8mm高线切割人工槽端点反射回波时域谱,左侧是端点反射回波,右侧是线切割槽根部反射回波。

　　3.3回波的频城谱

　　采用快速傅里叶(FFT)变换,将时域谱转换为频域谱对始波和回波信号进行分析[2]。我们发现从始波转换的频谱极其复杂,而从反射波转换的频谱相对地简单些。但由于反射波的形状取决于反射体的形状、面积和材质,所以频谱的形状也取决于反射体的形状、面积和材质。对换能器频谱的研究应当选择合适的反射体。考虑到试验主要是进行缺陷自身高度的测量,因此,用线切割槽的端点作为反射体观察回波频谱。