超聲檢測(cè)技術(shù)是應(yīng)用廣泛、發(fā)展快速的一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。超聲檢測(cè)儀對(duì)超聲檢測(cè)系統(tǒng)的能力有很大的影響。有文獻(xiàn)詳細(xì)對(duì)比了國(guó)內(nèi)外超聲檢測(cè)儀器的測(cè)試與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)在對(duì)儀器進(jìn)行制造、維修和周期檢驗(yàn)時(shí)，需嚴(yán)格控制超聲檢測(cè)儀器的性能指標(biāo)。
標(biāo)準(zhǔn)GB/T 27664—2011《無(wú)損檢測(cè) 超聲檢測(cè)設(shè)備的性能與檢驗(yàn)》分為儀器、探頭和組合設(shè)備三部分，其對(duì)超聲檢測(cè)設(shè)備的性能和檢驗(yàn)做出了詳細(xì)的規(guī)定，其中，時(shí)基線性作為超聲檢測(cè)設(shè)備最基本的性能參數(shù)之一，直接影響反射體定位的準(zhǔn)確度。GB/T 27664中分別介紹了3種時(shí)基線性測(cè)試方法，方法Ⅰ位于GB/T 27664.1—2011《無(wú)損檢測(cè) 超聲檢測(cè)設(shè)備的性能與檢驗(yàn) 第1部分：儀器》中的8.7節(jié)，方法Ⅱ位于GB/T 27664.1—2011中的9.6節(jié)，方法Ⅲ位于GB/T 27664.3—2012《無(wú)損檢測(cè) 超聲檢測(cè)設(shè)備的性能與檢驗(yàn) 第3部分：組合設(shè)備》中的3.2節(jié)。以上章節(jié)均提出了時(shí)基線性的測(cè)試方法和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。
已有文獻(xiàn)從超聲檢測(cè)儀的時(shí)基線性原理著手，詳細(xì)分析了模擬式與數(shù)字式A型脈沖反射式超聲檢測(cè)儀時(shí)基線的差異。下面主要對(duì)GB/T 27664標(biāo)準(zhǔn)中提出的三種超聲儀時(shí)基線性的測(cè)試方法進(jìn)行對(duì)比，明確指出三種方法的差異和適用范圍。
1、3種時(shí)基線性測(cè)試方法
標(biāo)準(zhǔn)GB/T 27664指出，時(shí)基線性是指由經(jīng)校準(zhǔn)的時(shí)間發(fā)生器或已知厚度平板的多次反射所得的輸入信號(hào)與其在時(shí)基線上指示的信號(hào)位置之間接近成正比關(guān)系程度的一種量度。數(shù)字式超聲儀相比于模擬式超聲儀有諸多優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)發(fā)展迅速，有逐步替代模擬式儀器的趨勢(shì)，為此，采用標(biāo)準(zhǔn)GB/T 27664中提出的三種不同時(shí)基線性測(cè)試方法對(duì)同一臺(tái)數(shù)字式A型脈沖反射式超聲檢測(cè)儀進(jìn)行測(cè)試。
方法Ⅰ
所用的設(shè)備有：經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的信號(hào)發(fā)生器，經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的外部衰減器兩個(gè)。按標(biāo)準(zhǔn)要求的配置方式，連接信號(hào)發(fā)生器和超聲儀，如圖1所示。
圖1 方法Ⅰ設(shè)備連接示意
調(diào)節(jié)超聲儀的工作方式為一發(fā)一收，材料聲速設(shè)為5940 m/s，頻帶選擇為2~8 MHz，中心頻率為3.57 MHz。將超聲儀時(shí)基線設(shè)置為0~10 mm，0~400 mm，0~10000 mm三個(gè)范圍，按順序分別進(jìn)行測(cè)試。以0~10 mm為例，此時(shí)在時(shí)基線中間位置5 mm處獲得波高為全屏幅度80%的顯示信號(hào)，以全屏寬度5%的增量（即0.5 mm），改變信號(hào)發(fā)生器的觸發(fā)延遲（0.168 μs），記錄每段延遲后顯示信號(hào)在顯示屏上的位置。三個(gè)時(shí)基線范圍的時(shí)基線性測(cè)試數(shù)據(jù)如表1~3所示（標(biāo)準(zhǔn)允許的線性偏差最大為全屏寬度的±0.5%）。
表1 方法Ⅰ時(shí)基線性測(cè)試數(shù)據(jù)
（0~10 mm，信號(hào)延時(shí)為0.168 μs）
表2 方法Ⅰ時(shí)基線性測(cè)試數(shù)據(jù)
（0~400 mm，信號(hào)延時(shí)為6.734 μs）
表3 方法Ⅰ時(shí)基線性測(cè)試數(shù)據(jù)
（0~10000 mm，信號(hào)延時(shí)為168.35 μs）
方法Ⅱ
采用9.6節(jié)的方法測(cè)試時(shí)基線性所用的設(shè)備與8.7節(jié)的一致，但需信號(hào)發(fā)生器能導(dǎo)出11個(gè)等間距的正弦波脈沖串。使用任意函數(shù)信號(hào)發(fā)生器自帶的編程軟件編輯出11個(gè)等間距的正弦波，如圖2所示，中心頻率為3.57 MHz?？疾斐晝x在100~200 mm間時(shí)基線性的準(zhǔn)確性，規(guī)定正弦波自身長(zhǎng)度為0.28 μs，任意兩個(gè)相鄰正弦波間隔3.087 μs。將該正弦波串導(dǎo)入信號(hào)發(fā)生器，仍采用圖1的儀器配置方式，超聲儀參數(shù)的設(shè)置方法與8.7節(jié)的方法一致。
圖2 調(diào)制出的11個(gè)等間距正弦波信號(hào)
調(diào)整外部衰減器、發(fā)生器信號(hào)幅度和超聲儀增益，使超聲儀上的測(cè)試信號(hào)幅度為全屏幅度的80%。調(diào)整超聲儀時(shí)基范圍為100~200 mm，使第3個(gè)信號(hào)對(duì)準(zhǔn)全屏寬度的20%，第9個(gè)信號(hào)對(duì)準(zhǔn)全屏寬度的80%。記錄其余9個(gè)信號(hào)的刻度偏差（見(jiàn)表4，標(biāo)準(zhǔn)允許的最大線性偏差為全屏寬度的±1%）。
表4 方法Ⅱ時(shí)基線性測(cè)試數(shù)據(jù)
方法Ⅲ
該方法與標(biāo)準(zhǔn)JB/T 9214—2010《無(wú)損檢測(cè) A型脈沖反射式超聲檢測(cè)系統(tǒng)工作性能測(cè)試方法》第7節(jié)提出的水平線性測(cè)試方法基本一致，測(cè)試的是超聲儀和探頭組合設(shè)備的時(shí)基線性，測(cè)試時(shí)需要使用規(guī)定的經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)試塊，按照所要檢查的時(shí)基線性范圍來(lái)選取不同厚度的試塊。
使用的探頭型號(hào)為2.5P20Z，選用CSK-ⅠA試塊，檢查20~120 mm范圍內(nèi)的時(shí)基線性。調(diào)整超聲儀，使屏幕上出現(xiàn)B1~B6共6次底波，如圖3所示。
圖3 屏幕上出現(xiàn)的6次底波
先對(duì)探頭進(jìn)行自動(dòng)調(diào)校，輸入起始距離為20 mm，終止距離為120 mm，調(diào)整時(shí)基線，使B1對(duì)準(zhǔn)全屏寬度的0%、B6對(duì)準(zhǔn)全屏寬度的100%，依次將回波調(diào)至全屏幅度的80%，檢查B2~B5這四個(gè)回波與標(biāo)準(zhǔn)刻度的偏差（見(jiàn)表5，標(biāo)準(zhǔn)允許的最大線性偏差為全屏寬度的±2%）。
表5 方法Ⅲ時(shí)基線性測(cè)試數(shù)據(jù)
2、3種時(shí)基線性測(cè)試方法的比較
方法Ⅰ所描述的方法實(shí)際屬于GB/T 27664.1—2011第7節(jié)中所說(shuō)的第1組，由制造者抽選代表性樣品進(jìn)行檢驗(yàn)，而且要求使用較高準(zhǔn)確度等級(jí)的電子檢測(cè)儀器；方法Ⅱ所描述的方法屬于第2組，需逐臺(tái)檢驗(yàn)，一般包括制造者（或代理商）零點(diǎn)檢驗(yàn)、用戶（或制造者、實(shí)驗(yàn)室）周期檢驗(yàn)、維修后檢驗(yàn)，僅需使用基本的電子檢測(cè)儀器；方法Ⅲ所描述的方法屬于第3組，該方法針對(duì)儀器和探頭的組合設(shè)備，按規(guī)定的檢驗(yàn)周期可在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施檢驗(yàn)。
具體來(lái)看，方法Ⅰ是為A掃描的數(shù)字化和提供A掃描顯示算法引入的，不適用于模擬式超聲儀，對(duì)數(shù)字超聲儀的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)也最高，偏差要求在全屏寬度的±0.5%以內(nèi)，要求信號(hào)發(fā)生器的計(jì)時(shí)器必須校準(zhǔn)達(dá)標(biāo)。方法Ⅱ主要針對(duì)模擬式或數(shù)字式超聲儀的接收器，偏差要求在全屏寬度的±1%以內(nèi)，要求信號(hào)發(fā)生器的激發(fā)裝置能準(zhǔn)確激發(fā)11個(gè)等間距的正弦波。雖然兩者驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)不同，但具體分析發(fā)現(xiàn)，方法Ⅰ從全屏寬度中間位置開(kāi)始考察時(shí)基線性，最終時(shí)基線性的偏差只考察了全屏寬度的一半，而方法Ⅱ考察了全屏寬度，時(shí)基線性的偏差也是全屏寬度累計(jì)產(chǎn)生的，所以兩種方法對(duì)時(shí)基線性的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)并不矛盾，同樣嚴(yán)格。
方法Ⅲ相比較于方法Ⅰ和方法Ⅱ，不用在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下采用任何電子儀器，只需使用合適的標(biāo)準(zhǔn)試塊，適用于現(xiàn)場(chǎng)或車(chē)間使用的超聲檢測(cè)組合設(shè)備。使用該方法測(cè)出的時(shí)基線性偏差是由超聲儀、探頭、試塊共同作用而產(chǎn)生的結(jié)果，所以對(duì)偏差要求也較低。該方法實(shí)施方便，操作簡(jiǎn)單，需每周對(duì)使用的超聲儀進(jìn)行至少一次檢查。按標(biāo)準(zhǔn)要求，用戶對(duì)于使用中的超聲儀，也需每隔12個(gè)月按方法Ⅱ進(jìn)行定期檢驗(yàn)，以證明該儀器的持續(xù)適用性。
3、結(jié)語(yǔ)
(1) 方法Ⅰ適用于制造者抽選代表性樣品進(jìn)行檢驗(yàn)，而且要求使用較高準(zhǔn)確度等級(jí)的電子檢測(cè)儀器，需由信號(hào)發(fā)生器不斷改變觸發(fā)延遲來(lái)考察半屏寬度范圍內(nèi)的時(shí)基線性偏差，其驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)最為嚴(yán)格，偏差要求在全屏寬度的±0.5%以內(nèi)。
(2) 方法Ⅱ適用于逐臺(tái)設(shè)備的檢驗(yàn)，一般包括制造者（或代理商）零點(diǎn)檢驗(yàn)、用戶（或制造者、實(shí)驗(yàn)室）周期檢驗(yàn)、維修后檢驗(yàn)，僅需使用基本的電子檢測(cè)儀器。其需由信號(hào)發(fā)生器導(dǎo)出11個(gè)等間距的正弦波脈沖串，考察全屏范圍內(nèi)的時(shí)基線性偏差，偏差要求在全屏寬度的±1%以內(nèi)。
(3) 方法Ⅲ適用于用戶在現(xiàn)場(chǎng)或車(chē)間使用的超聲檢測(cè)組合設(shè)備，不用在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下采用任何電子儀器。其只需使用合適的標(biāo)準(zhǔn)試塊考察全屏范圍內(nèi)的時(shí)基線性偏差，偏差要求為全屏寬度的±2%以內(nèi)。
(4) 由于適用范圍和操作方法的不同，驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)也不同。方法Ⅰ實(shí)際上只考察了全屏寬度的一半，而方法Ⅱ考察了全屏寬度，時(shí)基線性的偏差也是全屏寬度累計(jì)產(chǎn)生的，所以兩種方法對(duì)時(shí)基線性的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)并不矛盾，同樣嚴(yán)格；方法Ⅲ測(cè)出的時(shí)基線性偏差是由超聲儀、探頭、試塊共同作用而產(chǎn)生的，所以允差要求沒(méi)有前兩種方法嚴(yán)格。三種方法的側(cè)重點(diǎn)不同，可為不同場(chǎng)合時(shí)基線性的測(cè)試和驗(yàn)收提供借鑒和指導(dǎo)。
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