一.目的:現場測試超聲波儀器性能,包括垂直線性,水平線性,電噪聲,動態范圍和衰減器精度
二.實驗設備
超聲波探傷儀
直探頭(2.5P14,2.5P20,5P14等均可)
IIW1試塊(或CSK-IA,1#試塊等均可)
平底孔試塊
三.實驗步驟
1.測定垂直線性
提示:缺陷在工件中的大小是通過缺陷回波在示波屏上的幅度大小反映的,反射回波幅度是按一定規律反映缺陷實際反射聲壓的大小,即為儀器的垂直線性狀況,以垂直線性誤差表示. 如圖1 所示,把與探傷儀連接的直探頭平穩地耦合在平底孔試塊的探測面上,儀器上的"抑制"與"深度補償"關閉,在衰減器上應至少留有30dB的衰減余量,調節"增益",使直探頭在試塊上找到的大平底孔回波高度為100%滿刻度,固定探頭位置與接觸壓力(必要時可采用專用的探頭壓塊).調節衰減器,依次記下每衰減2dB時平底孔回波幅度的滿刻度百分數并記入表1,并與理論值比較,取大正偏差△+和負偏差大**值｜△-｜之和為垂直線性誤差,即:△=(｜△+｜+｜△-｜)(%) ----(1)
注:理論波高值按下式計算-- △dB=20lg(H100 /H)(式中H100為以100%
滿刻度起始的基準波高,H為每衰減2dB 時理論上應達到的波高).
后在圖2 上以波高(%)為縱坐標,衰減量(dB)為橫坐標繪出垂直線性
理想線與實測線(按表1),再根據(1)式計算垂直線性誤差.
| 表1 | | | | |
| | 衰減量(dB) | 理論波高值(%) | 實測波高值(%) | 偏差±(%) |
| | 0 | 100 | | |
| | 2 | 79.4 | | |
| | 4 | 63.1 | | |
| | 6 | 50.1 | | |
| | 8 | 39.8 | | |
| | 10 | 31.6 | | |
| | 12 | 25.1 | | |
| | 14 | 20.0 | | |
| | 16 | 15.8 | | |
| | 18 | 12.5 | | |
| | 20 | 10.0 | | |
| | 22 | 7.9 | | |
| | 24 | 6.3 | | |
| | 26 | 5.0 | | |
| | 28 | 4.0 | | |
| | 30 | 3.2 | | |
圖2
2.測定水平線性
提示:缺陷在工件中的位置是通過缺陷回波在示波屏上的位置反映出來的,通過儀器有關旋鈕調整能否使儀器示波屏上的水平掃描線按一定比例反映超聲波在工件中所經過的距離,即為儀器的水平線性,以水平線性誤差表示.如圖3所示,把直探頭平穩地耦合在IIW1 試塊上厚度25mm 的平面上(應離開邊緣有一定距離以防止側壁效應干擾),調節儀器上的"增益","衰減","水平"(或"零位","延遲"),"深度"(粗調與細調), 當采用"五次底波法"時: 應使示波屏上出現五次無干擾底波,在相同回波幅度(例如50%或80%滿刻度)情況下,使次底波B1 前沿對準水平刻度線的20mm刻度,第五次底波B5前沿對準水平刻度線的100mm刻度,然后依次將B2,B3,B4調節到上述相同幅度下讀取**,三,四次底波前沿與水平刻度線上的40mm,60mm 和80mm刻度的偏差,填入表2,取大偏差△max(以mm計)按下式計算水平線性誤差:△=(｜△max｜/0.8L)x100%,式中L 為水平刻度線全長,通常為100mm,故0.8L=80mm
| 表2 | | | | | |
| 底波次數 | B1 | B2 | B3 | B4 | B5 |
| 水平刻度標定值(mm) | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
| 實際讀數(mm) | 20 | | | | 100 |
| 偏差(mm) | 0 | | | | 0 |
采用五次底波法僅能測定0.8L范圍內的水平線性,而對前面占0.2L的范圍則不能測定,因此現在已要求采用六次底波法,即: 以相同幅度(50%或80%滿刻度)使B1 前沿對準水平刻度線0mm處,B6前沿對準水平刻度100mm處,也在相同幅度下讀取B2,B3,B4,B5 各底波前沿與水平刻度線20mm,40mm,60mm,80mm的偏差(見圖4),填入表3,取大偏差△max(以mm 計)按下式計算水平線性誤差: △=(｜△max｜/L)x100%,式中L 為水平刻度線全長,通常為100mm
| 表3 | | | | | | |
| 底波次數 | B1 | B2 | B3 | B4 | B5 | B6 |
| 水平刻度標定值(mm) | 0 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
| 實際讀數(mm) | 0 | | | | | 100 |
| 偏差(mm) | 0 | | | | | 0 |
3.測定電噪聲
提示:儀器內部電子元件及電路上的固有噪聲(電子噪聲)的大小對超聲檢測時的信噪比有影響,并且其大小與儀器的工作頻率和脈沖重復頻率有關
方法:將探傷儀的靈敏度調至大("增益"大,"衰減"為零,"抑制"關閉,"發射強度"或"脈沖能量"大),且掃描范圍大,在避免外界干擾的條件下(卸掉探頭,儀器周圍無高頻或強磁場干擾等),讀取水平基線上電噪聲平均幅度在垂直刻度上的百分數作為儀器的電噪聲水平.
4.測定動態范圍
提示:動態范圍即是探傷儀放大器的線性工作范圍,實用中是指在水平基線上能夠識別小反射波的界限,為了能夠盡可能地利用示波屏上的波高值判斷缺陷大小,就要求放大器的線性工作范圍盡量大,以及動態范圍應該盡量大為好.
方法:測試步驟與垂直線性測量的方法基本相同,即調節平底孔大回波高度為100%滿刻度后,調節衰減器讀取平底孔回波從100%滿刻度下降到剛剛能夠辨認的小波高(一般取1%或1mm)時衰減器的調節量(dB值),將此作為探傷儀在該探頭給定工作頻率下的動態范圍(不同參考反射體回波及不同工作頻率下的動態范圍是有差異的),在測試時可與垂直線性測定同時進行.
5.衰減器精度的測定
提示:衰減器是超聲檢測時進行定量評價的關鍵工具,其示值的準確度直接影響定量評價的準確度.
如圖1 所示,將直探頭平穩地耦合在平底孔試塊探測面上,找到平底孔大回波后固定探頭,使衰減器讀數為零分貝,調節"增益"使平底孔回波高度為100%滿刻度,然后調節衰減器,以1dB(或2dB)的步進增量增加到21(或22dB),記錄每次衰減后的回波高度記入表4(A)欄,再使衰減器讀數為10dB,重新調節"增益"使平底孔回波高度為100%滿刻度,再同樣調節衰減器以1dB(或2dB)步進增量增加到31(或32dB),記錄每次衰減后的回波高度記入表4(B)欄.
注:A對B波高相差dB值按下式計算-- △dB=20lg(HA/HB)
衰減器精度的表示方法:
[1]以1dB表示
將0-21dB(10-31dB)各次測定誤差dB的**值相加除以22,得到平均每dB的誤差值(±).
[2]以2dB表示
將0-22dB(10-32dB)各雙數dB衰減測定的誤差**值相加除以12,得到平均每2dB的誤差值(±).
[3]以12dB表示將12dB(22dB)時的誤差值作為每12dB的誤差值(±).
| 表4 | | | | |
| 衰減dB 值 | 理論波高值 (%滿刻度) | 實測A 值 ( %滿刻度) | 實測B 值 (%滿刻度) | A對B波高相差dB值 |
| 0(10) | 100 | 100 | 100 | 0 |
| 1(11) | 89.1 | | | |
| 2(12) | 79.4 | | | |
| 3(13) | 70.8 | | | |
| 4(14) | 63.1 | | | |
| 5(15) | 56.2 | | | |
| 6(16) | 50.1 | | | |
| 7(17) | 44.7 | | | |
| 8(18) | 39.8 | | | |
| 9(19) | 35.5 | | | |
| 10(20) | 31.5 | | | |
| 11(21) | 28.2 | | | |
| 12(22) | 25.1 | | | |
| 13(23) | 22.4 | | | |
| 14(24) | 20.0 | | | |
| 15(25) | 17.8 | | | |
| 16(26) | 15.8 | | | |
| 17(27) | 14.1 | | | |
| 18(28) | 12.6 | | | |
| 19(29) | 11.2 | | | |
| 20(30) | 10.0 | | | |
| 21(31) | 8.9 | | | |
| 22(32) | 7.9 | | | |
