超声仪器原理2第三

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1、第2章超声检测仪器原理1.探头2.仪器2.3.1超声探头1.压电效应2.探头种类3.探头结构4.探头参数1.压电效应正压电效应：有些单晶和多晶陶瓷材料在应力作用下产生应变时，晶体中就会产生极化或电场，这种效应称为正压电效应。接收超声波逆压电效应：当压电晶片受发射电脉冲激励后产生振动，即可发射声脉冲，这种效应称为逆压电效应。发出超声波本质：弹性体+电介质；晶胞结构不对称压电材料：具有压电效应的晶体材料称为压电材料。压电材料分为单晶和多晶两大类。压电单晶（石英、硫酸锂等）；压电陶瓷（多晶，钛酸铅等）——压电晶体（压电晶片，晶片）3压电晶片在厚度方向做一维

2、受迫振动，产生纵波。纵波倾斜入射（α=αⅠ~αⅡ），经折射产生横波谐振时(此时f最高)，基频f=CL/2l，l为晶片厚度。42.探头种类直探头：声线垂直入射，可发射接收纵波斜探头：声线倾斜入射，横波或表面波双晶探头（分割探头）：一个晶片发射，一个晶片接收以上为压电超声探头，占主流地位。另外还有电磁超声探头和激光超声探头。5探头图片63.探头结构直探头：直探头(纵波探头)直探头用于发射和接收纵波，故又称为纵波探头：直探头主要用于探测与探侧面平行的缺陷．如板材、锻件检测。直探头的结构如右图所示，主要由压电晶片、保护膜、吸收块、电线接头和外壳等部分组成。1

3、—接头；2—外壳；3—阻尼块；4—电缆线；5—压电晶片；6—保护膜7斜探头斜探头又可分为纵波斜探头，横波斜探头和表面波斜探头。这里仅介绍横波斜探头。横波斜探头是利用横波检测，主要用于探测与探测面垂直或成一定角度的缺陷．如焊缝检测、汽轮机叶轮检测等。1—吸声材料；2—斜楔；3—声阻尼；4—外壳；5—电缆线；6—压电晶片8双晶探头又称组合式探头，两块压电晶片装在一个探头架下，一个晶片发射，另一个晶片接收，它们发射和接收纵波，结构见图示。晶片下的延迟块（有机玻璃或环氧树脂）使声波延迟一段时间后射入工件，从而可检测近表面缺陷，减小了盲区，并可提高分辨力。两晶

4、片之间用隔声层分开，晶片间的倾角通常为3～18度之间。两晶片声场的重叠部分是检测灵敏度的最高区域，此区域一般呈菱形。9接触法双晶直探头发射晶片接收晶片10各种双晶直探头焦距范围：5~40mm,频率范围：2.5~5MHz，钢中折射角：45~7011接触法双晶斜探头（续）12超声波探头中的压电陶瓷芯片将数百伏的超声电脉冲加到压电晶片上，利用逆压电效应，使晶片发射出持续时间很短的超声振动波。当超声波经被测物反射回到压电晶片时，利用压电效应，将机械振动波转换成同频率的交变电荷和电压。13压电陶瓷的主要性能指标1)介电常数：1000~60002)压电灵敏度

5、D33：300~600pC/N3)机械品质因素Q：100~20004)居里温度：300~400C5）静电容：1000~100000pF（与面积有关）6）频率范围：用于超声清洗：30~100KHz用于探伤仪及流量计：2.5~5MHz用于雾化器：1~2MHz14耦合剂超声探头与被测物体接触时，探头与被测物体表面间存在一层空气薄层，空气将引起三个界面间强烈的杂乱反射波，造成干扰，并造成很大的衰减。为此，必须将接触面之间的空气排挤掉，使超声波能顺利地入射到被测介质中。在工业中，经常使用一种称为耦合剂的液体物质，使之充满在接触层中，起到传递超声波的作用。常用

6、的耦合剂有自来水、机油、甘油、水玻璃、胶水、化学浆糊等。154.探头参数探头型号的组成项目及排列顺序基本频率：用阿拉伯数字表示，单位为MHz。晶片材料：用化学元素缩写符号表示，见表。晶片尺寸：用阿拉伯数字表示，单位为mm，其中，圆晶片用直径表示，方晶片用长X宽表示，分割探头晶片用分割前的尺寸表示。探头种类：用汉语拼音缩写字母表示，直探头也可不标出。探头特征：斜探头钢中折射角正切值(K值)用阿拉伯数字表示。钢中折射角用阿拉伯数字表小，单位为度，分割探头钢中声束交区深度用阿拉伯数字表示，单化为mm，水浸探头水中焦距用阿拉伯数字表示，单位为mm。DJ表示点

7、聚焦，XJ表示线聚焦。基本频率晶片材料晶片尺寸探头种类特征16压电材料代号锆钛酸铅陶瓷P钛酸钡陶瓷B钛酸铅陶瓷T铌酸锂单晶L碘酸锂单晶I石英单晶Q其它压电材料N晶片材料代号17种类代号直探头Z斜探头（用K值表示）K斜探头（用折射角表示）X分割探头FG水浸探头SJ表面波探头BM可变角探头KB探头种类代号184.探头参数直探头：频率-材料-直径。例：2.5B20，5N14斜探头（横波）：频率-材料-长宽-角度β或K值（K=tgβ），例：5P86K1.5192.3.2超声仪器1.种类2.原理框图3.电路参数4.工作过程5.数字型仪器1.超声仪器种类用途：

8、探伤仪；检测仪（声速，厚度等）按信号类型分类：模拟信号检测仪，即常规超声检测仪，显示器显示模拟波形，具有显示