超聲波探傷儀、超聲波探頭、試塊及耦合劑等組成超聲波檢測系統，它們是超聲波探傷的重要設備。超聲波探傷儀是超聲波探傷的主要設備，它能夠快速識別出工件內部多種缺陷（裂紋、氣孔、夾雜等），并且不會對工件造成任何損傷，廣泛適用于實驗室與工程現場。

一、 按(an)照超(chao)聲波的連續性分類

 1. 脈沖波超聲探傷(shang)儀

  這(zhe)種儀器(qi)主要是(shi)通過周期(qi)性的發射不(bu)連續的脈沖波(bo)(bo)來激勵(li)換能器(qi)產生(sheng)超聲波(bo)(bo)，根(gen)據超聲波(bo)(bo)的傳播速度或者回波(bo)(bo)的幅值等特性判斷工件中是(shi)否(fou)有缺陷，這(zhe)是(shi)目前最常用的探傷(shang)儀模式。

 2. 連續波超聲探(tan)傷儀

  這種儀(yi)器(qi)探頭向工件發射連續且頻(pin)率不變(bian)(bian)的超聲(sheng)波，主要是通過(guo)(guo)(guo)觀察透過(guo)(guo)(guo)工件的超聲(sheng)波強度的變(bian)(bian)化來判斷工件中是否有缺(que)陷。這種儀(yi)器(qi)通常情況下靈敏度低(di)，而且難以確定缺(que)陷位置(zhi)，大多(duo)被(bei)脈沖探傷儀(yi)器(qi)取代，不過(guo)(guo)(guo)仍(reng)舊應用在超聲(sheng)波顯(xian)像(xiang)及超聲(sheng)波共振測厚等方面。

3. 調頻(pin)波超(chao)聲探傷儀

  這種儀(yi)器發射的(de)超聲(sheng)波是(shi)周(zhou)期性連續且頻(pin)率周(zhou)期性變化的(de)超聲(sheng)波，主要是(shi)觀察發射波與回波的(de)變化，判斷工件(jian)中有無(wu)缺(que)陷。但其局限性是(shi)適用于檢測與探測面平行(xing)的(de)缺(que)陷，所以這種儀(yi)器也(ye)大多被脈(mo)沖探傷儀(yi)器取代。

二、按(an)缺陷(xian)顯(xian)示(shi)方式分類

1. A型顯示

  A型顯示(shi)探(tan)傷儀反(fan)饋的(de)是(shi)(shi)波(bo)形(xing)，它(ta)顯示(shi)的(de)是(shi)(shi)超聲波(bo)回波(bo)的(de)位(wei)置(zhi)與(yu)幅(fu)度(du)，回波(bo)的(de)位(wei)置(zhi)反(fan)映的(de)是(shi)(shi)超聲波(bo)的(de)傳播(bo)時間，幅(fu)度(du)則是(shi)(shi)體現出了缺陷的(de)特性。

2. B型顯示

  B型顯示探(tan)傷儀反饋(kui)的是圖像，探(tan)傷儀沿熒光(guang)屏橫(heng)坐標方(fang)(fang)向(xiang)機械掃描形成探(tan)頭的掃查軌跡(ji)，沿縱坐標方(fang)(fang)向(xiang)反饋(kui)處回波的時間（或距離），這樣(yang)就可以(yi)直(zhi)觀(guan)地(di)表示出處于某一(yi)縱面(mian)上(shang)的缺(que)陷。

3. C型顯(xian)示

  C型顯(xian)示(shi)探(tan)傷儀(yi)反饋(kui)的(de)也是(shi)圖(tu)像，探(tan)傷儀(yi)在(zai)橫坐標和縱坐標方(fang)向都是(shi)機械掃(sao)描來(lai)代表(biao)(biao)探(tan)頭在(zai)工作(zuo)表(biao)(biao)面的(de)位(wei)置。光點輝度表(biao)(biao)示(shi)探(tan)頭接(jie)收信號幅度，所以當(dang)探(tan)頭在(zai)工件表(biao)(biao)面移(yi)動反饋(kui)在(zai)熒光屏(ping)上便(bian)顯(xian)示(shi)出(chu)工件內部缺(que)陷(xian)(xian)的(de)平(ping)面圖(tu)像，但不能(neng)顯(xian)示(shi)缺(que)陷(xian)(xian)深度。

  A型(xing)、B型(xing)、C型(xing)三種顯示分別如圖3.17所示。

三、按超聲波的通道分類

1. 單通道探(tan)傷儀

   這種儀(yi)器在目(mu)前的超聲波檢測中(zhong)應(ying)用比較廣泛(fan)，一般是(shi)使用一個探頭(tou)或一對探頭(tou)。

2. 多通道探傷(shang)儀

   在某些(xie)場合(he)中，單(dan)一的探頭(tou)接收的回波信息較少，所以采用多個或多對(dui)探頭(tou)同(tong)時(shi)工(gong)作，通(tong)常應用于自動化檢測。

四、按工作(zuo)制式分(fen)類

1. 模擬式超(chao)聲探(tan)傷儀

  a. A型脈(mo)沖(chong)反射式超聲波探(tan)傷(shang)儀

    A型(xing)脈沖反射(she)式超(chao)聲(sheng)波探(tan)傷設備主(zhu)要包含同步電(dian)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)、發(fa)射(she)電(dian)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)、接(jie)收放大電(dian)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)、掃描電(dian)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)、顯(xian)示電(dian)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)和電(dian)源電(dian)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)等主(zhu)要電(dian)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)，其次有延(yan)時電(dian)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)、報警電(dian)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)、深(shen)度補償電(dian)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)、標記電(dian)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)、跟蹤及記錄等附加(jia)裝置組成。電(dian)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)框圖如圖3.18所示。

  工作(zuo)原(yuan)理(li)：電(dian)(dian)(dian)(dian)路接(jie)通(tong)后，同(tong)步(bu)電(dian)(dian)(dian)(dian)路產(chan)(chan)生周期(qi)性同(tong)步(bu)脈(mo)沖(chong)信(xin)號(hao)(hao)，一(yi)(yi)方(fang)面(mian)同(tong)步(bu)脈(mo)沖(chong)觸發掃(sao)描(miao)發生器產(chan)(chan)生線性的鋸齒(chi)波(bo)(bo)，經掃(sao)描(miao)放(fang)大(da)(da)加(jia)到(dao)示(shi)波(bo)(bo)管水平（x軸）偏(pian)轉(zhuan)(zhuan)板(ban)上(shang)，產(chan)(chan)生一(yi)(yi)個從(cong)左到(dao)右的水平掃(sao)描(miao)線，即時基(ji)線。另一(yi)(yi)方(fang)面(mian)觸發發射(she)(she)電(dian)(dian)(dian)(dian)路產(chan)(chan)生高頻(pin)脈(mo)沖(chong)并(bing)作(zuo)用(yong)于探(tan)頭(tou)(tou)，通(tong)過探(tan)頭(tou)(tou)的逆(ni)壓電(dian)(dian)(dian)(dian)效應(ying)將信(xin)號(hao)(hao)轉(zhuan)(zhuan)換(huan)為聲信(xin)號(hao)(hao)，發射(she)(she)超聲波(bo)(bo)。超聲波(bo)(bo)在(zai)傳(chuan)播過程中遇到(dao)異質界面(mian)（缺陷或底(di)面(mian)）產(chan)(chan)生反(fan)射(she)(she)，反(fan)射(she)(she)的回波(bo)(bo)由探(tan)頭(tou)(tou)接(jie)收(shou)。通(tong)過探(tan)頭(tou)(tou)的正壓電(dian)(dian)(dian)(dian)效應(ying)將聲信(xin)號(hao)(hao)轉(zhuan)(zhuan)換(huan)為電(dian)(dian)(dian)(dian)信(xin)號(hao)(hao)送至放(fang)大(da)(da)電(dian)(dian)(dian)(dian)路被放(fang)大(da)(da)、檢波(bo)(bo)，信(xin)號(hao)(hao)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓加(jia)到(dao)示(shi)波(bo)(bo)管的垂(chui)直（y軸）偏(pian)轉(zhuan)(zhuan)板(ban)上(shang)，使電(dian)(dian)(dian)(dian)子束(shu)發生垂(chui)直偏(pian)轉(zhuan)(zhuan)，在(zai)水平掃(sao)描(miao)的相應(ying)位置上(shang)產(chan)(chan)生缺陷的回波(bo)(bo)和底(di)面(mian)波(bo)(bo)。

 b. B型(xing)顯示(shi)超聲波探傷儀

  工(gong)作原理：同步電(dian)路(lu)(lu)產(chan)生(sheng)脈(mo)沖信號觸(chu)發(fa)探(tan)(tan)頭(tou)發(fa)射超聲波(bo)信號，同時也觸(chu)發(fa)y掃描(miao)電(dian)路(lu)(lu)，并將鋸(ju)齒波(bo)電(dian)壓施(shi)加在示波(bo)管y軸偏(pian)轉板上(shang)(shang)。施(shi)加在x軸偏(pian)轉板上(shang)(shang)的是(shi)隨(sui)探(tan)(tan)頭(tou)位(wei)置變(bian)化(hua)而(er)變(bian)化(hua)的直(zhi)流電(dian)壓，當探(tan)(tan)頭(tou)在工(gong)件上(shang)(shang)沿直(zhi)線移動時，在顯示器上(shang)(shang)顯示出(chu)沿探(tan)(tan)頭(tou)掃描(miao)線所處(chu)的截面上(shang)(shang)的前后表(biao)面，內部反射界面的位(wei)置、取向及(ji)深(shen)度。電(dian)路(lu)(lu)框(kuang)圖(tu)(tu)如(ru)圖(tu)(tu)3.19所示。

 c. C型顯(xian)示超(chao)聲探(tan)傷儀(yi)

  C型顯示超(chao)聲波探傷儀一般由同(tong)步、發射(she)、放大(da)、與(yu)門、閘門、平面(mian)顯示器與(yu)機械同(tong)步組成，如(ru)圖3.20所示。

  工(gong)作原(yuan)理：同(tong)步電路產生同(tong)步脈沖信(xin)號(hao)激勵換能器(qi)(qi)產生超聲波(bo)信(xin)號(hao)，傳遞到工(gong)件(jian)中，并同(tong)時觸發閘門電路以獲得(de)閘門信(xin)號(hao)。示波(bo)管的橫縱坐(zuo)標(biao)(biao)(biao)分(fen)別(bie)表示工(gong)件(jian)探測(ce)面(mian)上(shang)的相(xiang)應的橫坐(zuo)標(biao)(biao)(biao)和縱坐(zuo)標(biao)(biao)(biao)。電位器(qi)(qi)x和y的直流電壓分(fen)別(bie)作用于控制示波(bo)管的水平和垂直偏轉板。機(ji)械同(tong)步將(jiang)探頭與兩個(ge)電位器(qi)(qi)實現(xian)聯動(dong)。探頭移(yi)動(dong)時，把移(yi)動(dong)的X分(fen)量與Y分(fen)量分(fen)別(bie)施(shi)加在水平和垂直偏轉板，偏轉板電壓發生相(xiang)應變(bian)化(hua)，使屏幕(mu)上(shang)的坐(zuo)標(biao)(biao)(biao)與工(gong)件(jian)探測(ce)面(mian)上(shang)的坐(zuo)標(biao)(biao)(biao)相(xiang)對(dui)應。

d. 模擬式(shi)超聲波(bo)探傷儀的(de)構(gou)成及(ji)其功能

 模擬式超(chao)聲波探(tan)傷(shang)儀的電路框圖如圖3.21所示。

（1)組成部分及其作用

    ①. 超(chao)聲波探傷(shang)儀(yi)的協調中心是同(tong)步(bu)電路(lu)，它決定著激勵信號的重復頻率。

    ②. 發射電(dian)路(lu)主要作(zuo)用是(shi)產生高壓脈沖作(zuo)用于超(chao)聲波換(huan)能器產生超(chao)聲波。

    ③. 掃描(miao)電路使顯示屏(ping)上出現條明(ming)亮的(de)時基線，也就(jiu)是時間軸和水(shui)平掃描(miao)線。它(ta)控制著掃描(miao)速度(du)，決定著儀器(qi)的(de)檢測范圍。

   ④. 接收放(fang)大(da)電路將探頭(tou)產生的(de)微弱回波信號電壓放(fang)大(da)到顯(xian)示(shi)屏的(de)縱坐標方向，以顯(xian)示(shi)工作電壓。它控制著儀器的(de)增益(yi)和(he)衰(shuai)減。

（2)各(ge)主要開關和旋鈕的作(zuo)用(yong)及其調整方(fang)法。

  在模擬(ni)式(shi)超聲波(bo)探傷儀面板上，合(he)理選用開關和(he)按鈕(niu)可以實(shi)現(xian)不同的(de)功能。各主要開關和(he)旋(xuan)鈕(niu)的(de)作用及其調整方法如下：

   ①. 工(gong)作方式選擇旋鈕

   發射探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)和接(jie)收(shou)(shou)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)分別連接(jie)到發射插(cha)座和接(jie)收(shou)(shou)插(cha)座，工作方(fang)式選(xuan)擇(ze)旋鈕的作用是(shi)選(xuan)擇(ze)檢(jian)測(ce)方(fang)式，即“雙(shuang)探(tan)(tan)(tan)(tan)”或“單探(tan)(tan)(tan)(tan)”方(fang)式。當選(xuan)擇(ze)“雙(shuang)探(tan)(tan)(tan)(tan)”時，兩個(ge)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)的工作模式為一發一收(shou)(shou)。當選(xuan)擇(ze)“單探(tan)(tan)(tan)(tan)”時，發射插(cha)座和接(jie)收(shou)(shou)插(cha)座內部連通，單個(ge)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)自發自收(shou)(shou)。

  ②. 發(fa)射強度旋鈕

   此(ci)按鈕主要改(gai)變激勵脈沖的強度(du)(du)，增加或者減小發射(she)功率，增大發射(she)強度(du)(du)，有(you)助于(yu)提(ti)高儀器靈敏(min)度(du)(du)。但脈沖變寬，分辨力(li)差。因此(ci)，應(ying)根(gen)據實際情況選擇合適的發射(she)強度(du)(du)。

 ③. 增(zeng)益旋鈕

   接(jie)(jie)收(shou)信號(hao)幅(fu)值可能會非(fei)常低，這樣不利于信號(hao)分析(xi)，通過調節(jie)增益(yi)旋鈕，可以改變(bian)接(jie)(jie)收(shou)放大器(qi)的放大倍數。使用(yong)時(shi)，將回波高度精確地調節(jie)到(dao)某一指定高度，將儀器(qi)靈敏度確定以后，在檢測過程中一般不再調整增益(yi)旋鈕。

  ④. 衰(shuai)減器

   衰(shuai)減(jian)器可以調節檢測靈敏(min)度(du)(du)和測量(liang)回波振(zhen)幅。用來(lai)調節靈敏(min)度(du)(du)時，衰(shuai)減(jian)讀數(shu)大(da)，回波幅度(du)(du)低；反之，靈敏(min)度(du)(du)高。用來(lai)調節回波振(zhen)幅時，衰(shuai)減(jian)讀數(shu)大(da)，回波幅度(du)(du)高；反之，回波幅度(du)(du)低。

  ⑤. 深度范圍旋(xuan)鈕

   此(ci)按(an)鈕(niu)主(zhu)要是調節顯(xian)示在(zai)屏幕上的(de)檢(jian)測范圍(wei)。可以將顯(xian)示在(zai)屏幕上的(de)回波信號間距壓縮或者擴(kuo)展。

  ⑥. 深(shen)度(du)細調旋鈕

   深(shen)度細(xi)調(diao)(diao)(diao)(diao)旋(xuan)鈕(niu)(niu)(niu)的作用是(shi)精確(que)調(diao)(diao)(diao)(diao)整(zheng)檢測(ce)范圍(wei)(wei)。調(diao)(diao)(diao)(diao)節深(shen)度細(xi)調(diao)(diao)(diao)(diao)旋(xuan)鈕(niu)(niu)(niu)，可連(lian)續改(gai)變(bian)掃(sao)描(miao)線(xian)的掃(sao)描(miao)速度，從而使顯示屏上的回(hui)波(bo)間距在(zai)一定(ding)范圍(wei)(wei)內(nei)連(lian)續變(bian)化。調(diao)(diao)(diao)(diao)整(zheng)檢測(ce)范圍(wei)(wei)時(shi)，應先將深(shen)度粗調(diao)(diao)(diao)(diao)旋(xuan)鈕(niu)(niu)(niu)置于合適的檔級，然后(hou)調(diao)(diao)(diao)(diao)節深(shen)度細(xi)調(diao)(diao)(diao)(diao)旋(xuan)鈕(niu)(niu)(niu)，使反射(she)波(bo)的間距與反射(she)體的距離成一定(ding)比例。

  ⑦. 延遲(chi)旋鈕

  此按鈕可以(yi)使顯示(shi)在(zai)屏幕上的(de)回(hui)波信號(hao)大幅度地左右移動而不改變回(hui)波之(zhi)間的(de)距(ju)離。調(diao)(diao)節(jie)檢(jian)測(ce)范圍時，先用深(shen)度粗調(diao)(diao)旋(xuan)鈕和(he)深(shen)度細調(diao)(diao)旋(xuan)鈕調(diao)(diao)節(jie)好(hao)回(hui)波間距(ju)，再用延遲旋(xuan)鈕將反射波調(diao)(diao)至正確(que)位置，通過延遲旋(xuan)鈕進行零位校正，使聲(sheng)程原(yuan)點與水(shui)平刻度的(de)零點重合。

 ⑧. 聚(ju)焦旋鈕(niu)

  聚焦旋鈕可以(yi)調(diao)節電子束的粗細程度(du)，可以(yi)根(gen)據實際情況(kuang)調(diao)節，使(shi)顯示屏波形清晰。

 ⑨. 水(shui)平旋鈕

  水平(ping)旋鈕也稱為(wei)零位調節旋鈕。通(tong)過調節水平(ping)旋鈕使掃(sao)描(miao)線連同回波(bo)一(yi)起左右(you)移動一(yi)段距離(li)，回波(bo)之(zhi)間(jian)的距離(li)不發生改變。

 ⑩. 重復頻率旋(xuan)鈕

  此按鈕調節的是激(ji)勵脈沖的重復(fu)(fu)頻(pin)率，即激(ji)勵脈沖的發(fa)射間隔。當屏幕(mu)上(shang)顯示的圖(tu)案比較暗淡時，可以提高重復(fu)(fu)頻(pin)率，就會使圖(tu)案變得更加清晰。

 ?. 垂(chui)直旋鈕

  通過調節(jie)垂直(zhi)旋鈕使掃描線連同回(hui)(hui)波(bo)一(yi)起上(shang)下移動(dong)一(yi)段(duan)距離(li)，回(hui)(hui)波(bo)之間(jian)的距離(li)不(bu)發生(sheng)改(gai)變。

 ?. 深度補(bu)償開關

  此旋鈕的作用是調節回波增益，減小相同(tong)形狀但不同(tong)深度(du)的缺陷的回波高度(du)差。

2. 數字式(shi)超聲探傷儀

 數字式超聲探傷儀整(zheng)機(ji)由微處(chu)理(li)器(qi)系統同步和控制(zhi)，由發射、接收、數控放大器(qi)單(dan)元(yuan)，數據調(diao)整(zheng)實時采集(ji)、存儲和分析(xi)、處(chu)理(li)單(dan)元(yuan)以及回(hui)波(bo)顯示和打印輸出等(deng)組成。

a. 數字式(shi)超聲探傷儀(yi)與(yu)模擬式(shi)超聲探傷儀(yi)的異同點對比

  ①. 基本組成

 如圖3.22所示為數(shu)字式(shi)(shi)超(chao)聲(sheng)探(tan)傷(shang)儀的(de)(de)電(dian)路框圖，其(qi)發射(she)電(dian)路與模(mo)擬(ni)式(shi)(shi)超(chao)聲(sheng)探(tan)傷(shang)儀相(xiang)同(tong)，接收放大電(dian)路的(de)(de)衰減器與高頻放大器等也與模(mo)擬(ni)式(shi)(shi)超(chao)聲(sheng)探(tan)傷(shang)儀相(xiang)同(tong)，信(xin)號放大后由(you)A/D轉換(huan)器轉換(huan)成(cheng)數(shu)字信(xin)號，輸送到微處理(li)(li)器進行(xing)處理(li)(li)，顯(xian)示器進行(xing)處理(li)(li)，模(mo)擬(ni)式(shi)(shi)超(chao)聲(sheng)探(tan)傷(shang)儀上的(de)(de)檢(jian)波、濾波、抑制(zhi)等功能可以(yi)通過對數(shu)字信(xin)號的(de)(de)處理(li)(li)來完成(cheng)。數(shu)字式(shi)(shi)儀器的(de)(de)顯(xian)示是(shi)由(you)微處理(li)(li)器控制(zhi)實(shi)現逐步(bu)逐點掃描(miao)，在顯(xian)示器上顯(xian)示二(er)維點陣圖。發射(she)電(dian)路與模(mo)數(shu)轉換(huan)由(you)微處理(li)(li)器協(xie)調各部分(fen)的(de)(de)工作，不再需要同(tong)步(bu)電(dian)路。

 ②. 儀器功能

  數(shu)(shu)(shu)字(zi)式(shi)(shi)(shi)超(chao)聲(sheng)(sheng)探傷(shang)(shang)儀的基本功能與模擬式(shi)(shi)(shi)超(chao)聲(sheng)(sheng)探傷(shang)(shang)儀相同(tong)，各部(bu)分功能的控(kong)制方式(shi)(shi)(shi)不同(tong)。模擬式(shi)(shi)(shi)超(chao)聲(sheng)(sheng)探傷(shang)(shang)儀直(zhi)接通過(guo)開關對儀器的電(dian)路進行調整(zheng)；數(shu)(shu)(shu)字(zi)式(shi)(shi)(shi)超(chao)聲(sheng)(sheng)探傷(shang)(shang)儀采用人(ren)機(ji)對話，將控(kong)制數(shu)(shu)(shu)據(ju)輸(shu)人(ren)微處(chu)理器，由微處(chu)理器控(kong)制各電(dian)路的工作，有(you)利于自(zi)動檢查。

 ③. 儀器性能(neng)

 兩類儀器的(de)發射電路、接收電路相同，因(yin)此儀器的(de)靈敏度、分(fen)(fen)辨率基本(ben)相同。差別主(zhu)要(yao)是信號的(de)模(mo)數轉(zhuan)換、處理及顯示部分(fen)(fen)，這(zhe)部分(fen)(fen)功(gong)能直接影(ying)響對缺陷的(de)判斷。

 b. 數字式超聲探(tan)傷儀的(de)優(you)缺點

 ①. 優點

 接收信(xin)號數字化(hua)(hua)，使超聲信(xin)號的(de)存儲、記錄(lu)、再現、處(chu)理(li)、分析都很方(fang)便，可(ke)以使超聲信(xin)號永(yong)久記錄(lu)，使檢測過程(cheng)中重現更(geng)方(fang)便，同(tong)時也能從超聲信(xin)號中得到(dao)更(geng)多的(de)量化(hua)(hua)信(xin)息；顯示器不(bu)需要(yao)傳統的(de)示波器，使得儀器更(geng)便于小型化(hua)(hua)；軟件功能可(ke)以擴展，有(you)利于滿足(zu)不(bu)同(tong)使用場(chang)合的(de)要(yao)求；為自動檢測系統的(de)實(shi)現提供條(tiao)件。

②. 缺點(dian)

 模數(shu)轉換器的(de)采(cai)樣頻率(lv)、數(shu)據長度、顯(xian)示器的(de)分辨率(lv)等直(zhi)接(jie)影響信號的(de)質量，如(ru)果信號失真，會造成漏檢(jian)誤檢(jian)等，因此在使用過(guo)程中應引起(qi)重視。