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第二章超声波检测系统的基本概念

超声波检测（UltrasonicTesting,UT）是一种基于高频机械波（通常为0.5–25MHz）在材料中传播特性进行无损评价的物理方法。其核心原理是利用压电换能器将电能与机械振动相互转换：发射时，施加交变电压使压电晶片产生高频振动，向被检工件辐射超声波；接收时，反射或透射回波引起晶片形变，再转化为电信号供分析。超声波在介质中传播时，遇声阻抗差异界面（如缺陷、工件底面）将发生反射、折射与散射，通过提取回波的时间、幅度、相位及频谱等信息，可推断缺陷的位置、尺寸、取向及性质。

一个典型的超声波检测系统主要由四部分构成：（1）超声波探头（含压电晶片、匹配层、延迟块与外壳），负责声能发射与接收；（2）超声波仪器（主机），提供脉冲激励、信号放大、滤波、数字化与显示功能；（3）耦合介质（如甘油、水或专用耦合剂），消除探头与工件表面间空气层造成的全反射，保障声能有效传入；（4）辅助装置（如扫查架、试块、编码器）噪音机械施工安全技术交底，用于实现定位、定量及结果记录。根据工作方式，系统可分为A型（幅度显示）、B型（截面成像）、C型（平面投影）及先进的相控阵（PAUT）与全矩阵捕获（FMC/TFM）等模式。超声波检测具有穿透力强、灵敏度高、定位准确、适用材料广（金属、复合材料、混凝土等）且无需电离辐射等优势，广泛应用于航空航天、压力容器、铁路钢轨及核电装备等领域。理解其基本物理机制与系统组成，是掌握检测工艺设计、信号判读与结果可靠性评估的前提。（约498字）

常见的超声波换能器类型换能器的指向性换能器的选择

第二章超声波检测系统的基本概念超声波换能器

常见的超声波换能器类型

平面型（高频）朗之万型（低频）径向增压型一发双收横波

第二章超声波检测系统的基本概念超声波换能器

平面型（高频）换能器原理

第二章超声波检测系统的基本概念超声波换能器

朗芝万型（低频）换能器原理

第二章超声波检测系统的基本概念超声波换能器

径向增压型换能器原理（考虑指向性）

第二章超声波检测系统的基本概念超声波换能器

事实上一发双收换能器仅仅是换能器的一种组合工作方式

第二章超声波检测系统的基本概念超声波换能器

利用折射透射波的第一临界角原理

第二章超声波检测系统的基本概念超声波换能器

第二章超声波检测系统的基本概念超声波换能器

换能器的指向性（轴线）

第二章超声波检测系统的基本概念超声波换能器

第二章超声波检测系统的基本概念超声仪

超声仪的基本功能智能化超声仪应具备的特点

第二章超声波检测系统的基本概念超声仪

信号放大（增益，衰减）信号滤波（高通，低通）显示波形（延迟，记录宽度）读取参数（声时，声幅）

第二章超声波检测系统的基本概念超声仪

智能化超声仪应具备的特点

自动采用适当的放大倍数自动判读参数（声时，声幅，频率等）灵活高效的显示与记录方式实时快速的现场分析功能方便的数据管理（原始数据与结果）兼顾通用性与专用性友好的界面

第二章超声波检测系统的基本概念超声仪

智能化超声仪（图一：专用程序）

第二章超声波检测系统的基本概念超声仪

智能化超声仪（图二：通用程序）

第二章超声波检测系统的基本概念超声仪

智能化超声仪（图三：功能设置）

第二章超声波检测系统的基本概念超声仪

智能化超声仪（图四：数据管理）

第二章超声波检测系统的基本概念超声仪

智能化超声仪（图五：数据分析）

第二章超声波检测系统的基本概念超声仪

智能化超声仪（图六：结果显示1）

第二章超声波检测系统的基本概念超声仪

智能化超声仪（图七：结果显示2）

第二章超声波检测系统的基本概念零时校正与误差

零时校正的由来零时校正的方法与误差

第二章超声波检测系统的基本概念零时校正与误差

发射机的延迟发射换能器的延迟接受换能器的延迟

第二章超声波检测系统的基本概念零时校正与误差

发射接收换能器直接对测测定标准棒时距法测定空气中的声速平测时测定声速与零时距径向换能器水中测定声速

第二章超声波检测系统的基本概念零时校正与误差

轴线重合对测间距误差小于0.5%测点不少于10个

第二章超声波检测系统的基本概念零时校正与误差

时距法测定空气中声速(数据处理)

第二章超声波检测系统的基本概念零时校正与误差

平测时测定声速与零时距

第二章超声波检测系统的基本概念零时校正与误差

平测时测定声速与零时距(数据处理)

第二章超声波检测系统的基本概念零时校正与误差

测量工、实验工施工安全技术交底径向换能器测定水中声速与校零值

换能器收轴线平行置于清水中同一水平高度数据处理类似于空气中的测试

第二章超声波检测系统的基本概念零时校正与误差

时距法测定空气中声速(误差分析)

300米超高层超限审查报告空气中的声速（m/s）：Tc：摄氏温度

Tc每摄氏度误差：0.18%间距要求误差：<0.5%声时判读误差：x（设周期的1/40）

以50kHz测距100mm为例：周期20us，预计声时300us，声时误差0.5us，相对误差0.16%