第三章TOFD检测系统硬件基本知识ppt课件.ppt

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1、第三章TOFD检测系统硬件基本知识张志超福建省特种设备检验研究院3.1TOFD检测系统硬件系统主要包括主机、TOFD检测扫查器、TOFD检测探头和TOFD检测校准试块。3.1.1TOFD检测电子仪器数字化超声波检测仪主要功能：发射超声波和接收放大回波信号；采集和保存超声A扫信号波形和相关的数据；按照要求设置和校验检测参数；显示信号波形和扫描图像，分析处理数据，输出检测报告。仪器结构模拟部分模拟部分包括激励探头的脉冲发射电路和接收信号进行放大滤波处理的接收放大电路。每对用于检测的TOFD探头都定义了单独的发射/接收通道，每个检测位置的信息都需要完整记录以便能够

2、重建A扫。为了减小电噪声，通常使用与超声探头频谱适配的滤波器来限制放大后信号的频带宽度。对于非常弱的TOFD信号，需要大约70dB的增益。如果TOFD信号非常弱或者探头距离主放大器非常远，使用一个分立的前置放大器。通常使用前置放大器将信号增益30或40dB。3.1.2仪器的主要性能指标接收放大电路的带宽：-6dB带宽一般规定为所使用探头的标称频率的0.5-2倍，或者规定大于探头的频带宽度，也有的建议最好≥30MHz。激发脉冲：采用单极矩形波或者双极矩形波，一般规定脉冲电压幅度为100V～400V。脉冲前沿：要求脉冲上升时间应尽量短，一般规定上升时间≤50ns。

3、脉冲宽度：一般规定在100ns左右，且应可调，以便优化脉冲幅度和持续时间。仪器的主要性能指标增益：一般规定≥80dB，最好100dB，且增益应该连续可调，一般要求步进≤1dB。放大器线性误差：一般要求任意相邻12dB的误差在±1dB以内，最大累计误差不超过1dB。脉冲重复频率：一般在100Hz～1000Hz，最低应能符合扫查速度和数据采集要求，最高不会产生幻象波。水平线性误差和垂直线性误差：一般规定水平线性误差应小于1%，垂直线性误差小于5%。仪器的主要性能指标波形显示方式：应提供射频波显示和检波（全检、负或正半波检波）显示。时间闸门：应提供可调节的有足够长度

4、的闸门，闸门起点相对于发射脉冲至少应在0到200微秒间可调节，其宽度至少在5到100微秒间可调节。数字采样频率：规定至少≥4倍探头标称频率，若需对原始数据进行数字信号处理，采样率应提高到探头频率的8倍。也有规定一般不小于20MHz，最好60MHz以上。仪器的主要性能指标图像灰度等级：至少64级，最好256级以上。一次线性扫查长度：一般要求达到2000mm。扫查增量：仪器的数据采集应和扫查装置的移动同步，要求扫查增量应满足检测工艺要求，最小≤0.5mm。编码器：应能保证各A扫描信号的位置准确性，编码器增量误差≤0.5mm。仪器的主要性能指标记录：应使用基于计算机

5、的自动数据记录系统。能记录整个扫描过程的原始数据，能进行扫查记录的恢复和回放扫查时候记录的A扫波形，能将所有的A扫信号和TOFD扫查图像保存于磁盘等永久介质，并能提供输出拷贝等功能。软件功能：应包括TOFD显示的深度或时基线性化算法，配备了十字光标和弧形光标，以测量衍射体深度和高度；应具有局部放大功能，信号平均功能，直通波（底面反射波）拉直和去除直通波（底面反射波）功能；应具有在线分析和离线分析的功能。3.1.3电子电路的带宽电子电路的带宽（Bandwidth）指的是电子电路中存在一个固有通频带。-3dB带宽是指：在输入信号和输出信号处于稳定的条件下，调节输入

6、信号频率，使输出幅度降到初始的70%（-6dB带宽指输出幅度降到初始值的50%），此时输入信号频率的上限称为高端截止频率，输入信号频率的下限称为低端截止频率，高端截止频率减去低端截止频率就是-3dB带宽。电子电路的带宽K(f)ffLCfHC70.7%100%Df=fHC－fLC≈fHC3.14电压脉冲特性TOFD系统施加在探头上的电压脉冲都是单极性或者双极性的矩形脉冲。单极性矩形脉冲由一个正向阶跃脉冲和一个在一定延时后的负向阶跃脉冲的叠加构成；双极性矩形脉冲由两个反相的矩形脉冲叠加构成。正向阶跃脉冲（矩形波上升沿）或负向阶跃脉冲（矩形波下降沿）都能激发探头振动

7、产生脉冲。一个单极矩形脉冲可以让探头晶片产生两次振动，而一个双极矩形脉冲可以激发探头晶片产生三次振动。脉冲宽度脉冲宽度：激发脉冲幅值持续在50%高度的时间。当使用TOFD时，脉冲宽度是非常重要的，它有助于优化接收信号的形状。脉冲宽度的选择脉冲宽度的选择TOFD系统使用的矩形脉冲宽度是可调的，通常在25-500ns范围内。矩形脉冲的两个边振动的相位相反，相差180°。脉冲宽度设置成该频率周期的一半（比如5MHz时使用100ns），信号加强，获得一个振幅更大的脉冲信号，但是余波也会随之变长。脉冲宽度设置为超声波发射频率的一个周期（比如5MHz设置为200ns），两

8、个信号反相，获得一个振幅很小的信号，余