超声波检测演示文稿

1、超声探伤传感器检测电路设计超声探伤传感器检测电路设计检测检测4班班 卢光钰卢光钰 s1007089意义与现状意义与现状 声频高于声频高于20khz20khz以上的机械波，称为超声波。近年来，以上的机械波，称为超声波。近年来，由于超声全息技术，回波频谱技术，超声探头和大规模由于超声全息技术，回波频谱技术，超声探头和大规模集成电路，计算机技术的迅猛发展，使得数字化，自动集成电路，计算机技术的迅猛发展，使得数字化，自动化，智能化超声检测及超声成像技术称为热点，广泛运化，智能化超声检测及超声成像技术称为热点，广泛运用于诸如材料工业，机械工业，石油化工，水文地质和用于诸如材料工业，机械工业，石油化工，水

2、文地质和宇航能源等领域。其中超声探伤已成为现代工业无损检宇航能源等领域。其中超声探伤已成为现代工业无损检测的主要手段之一。测的主要手段之一。 今年来超声测试技术已明显表现出以下趋向：今年来超声测试技术已明显表现出以下趋向： 1 1 由定性的判断缺陷的有无发展为对缺陷的位置，大小，由定性的判断缺陷的有无发展为对缺陷的位置，大小，形状，性质进行定量判断，并利用各种成像技术直接显形状，性质进行定量判断，并利用各种成像技术直接显示缺陷的三维，二维图像。示缺陷的三维，二维图像。 2 2非接触超声检测技术取得突破进展。非接触超声检测技术取得突破进展。什么是超声探伤什么是超声探伤 超声波可以检测金属材料的物

3、理性质（声超声波可以检测金属材料的物理性质（声速和衰减），也可以检测金属材料内部的速和衰减），也可以检测金属材料内部的不连续组织（气泡或裂纹）。超声波具有不连续组织（气泡或裂纹）。超声波具有透过性和易控制的特点，用其进行放射线透过性和易控制的特点，用其进行放射线实验，变形检测和探伤实验对材料和成品实验，变形检测和探伤实验对材料和成品不损坏。不损坏。检测原理检测原理 主要有投射法和反射法两种，投射法不能主要有投射法和反射法两种，投射法不能测定缺陷深度，应用较少。测定缺陷深度，应用较少。 反射法是利用超声脉冲波入射到两种不同反射法是利用超声脉冲波入射到两种不同界面上发生反射的原理进行检测。由超声界

4、面上发生反射的原理进行检测。由超声传播理论可知，超声波在不同声纳的交接传播理论可知，超声波在不同声纳的交接面上将发生反射，反射能量的大小取决于面上将发生反射，反射能量的大小取决于交界面两边材料阻抗的大小和交界面的尺交界面两边材料阻抗的大小和交界面的尺寸。寸。 由于计算机广泛的应用于自动检测信号处理中，由于计算机广泛的应用于自动检测信号处理中，将检测的信号经将检测的信号经A/D转换后，进入计算机系统处转换后，进入计算机系统处理，大大提高了超声探伤的可靠性和记录性。理，大大提高了超声探伤的可靠性和记录性。工作框图如下图，由计算机控制的时钟信号，工作框图如下图，由计算机控制的时钟信号，同步触发超声发

5、射电路，形成发射脉冲去激励同步触发超声发射电路，形成发射脉冲去激励换能器，产生超声波，与此同时时钟信号启动换能器，产生超声波，与此同时时钟信号启动高速数据通道，在控制电路作用下经由计算机高速数据通道，在控制电路作用下经由计算机设置的延时常数发生器触发采样器件，把接收设置的延时常数发生器触发采样器件，把接收到的回波信号放大检波后转换为数字量，并接到的回波信号放大检波后转换为数字量，并接符合窗定义的时间长度的回波数字截留下来，符合窗定义的时间长度的回波数字截留下来，保存在高速存储部件中，计算机处理后显示在保存在高速存储部件中，计算机处理后显示在屏幕上。屏幕上。发射电路发射电路接收电路接收电路控制逻

6、辑控制逻辑计算机计算机公共存储区公共存储区显示控制器显示控制器数据通道数据通道 BUS电源电源窗电路窗电路时序发生器时序发生器图图 数字超声探伤仪工作原理图数字超声探伤仪工作原理图超声传感器电路超声传感器电路 通常，超声传感器既可用作发射，又可用作通常，超声传感器既可用作发射，又可用作接收。由压电元件构成的超声传感器的等效接收。由压电元件构成的超声传感器的等效电路如图电路如图a所示，由电感，电容和电阻串联而所示，由电感，电容和电阻串联而成。图成。图b为其电抗特性，从图中可知，超声波为其电抗特性，从图中可知，超声波传感器有两个共振频率，低频传感器有两个共振频率，低频ft称为串联共振称为串联共振频

7、率。在电阻，电感和电容的串联电路中振频率。在电阻，电感和电容的串联电路中振荡，这时传感器的阻抗最低，而在高频荡，这时传感器的阻抗最低，而在高频fa处处为高频共振频率，在为高频共振频率，在L,R,和和C的并联电路中产的并联电路中产生共振。其左侧和右侧呈现电容性，中间部生共振。其左侧和右侧呈现电容性，中间部分呈现点感性。这种特性只有在高机械品质分呈现点感性。这种特性只有在高机械品质因数因数Q值的晶体振子或陶瓷振子中可以看到，值的晶体振子或陶瓷振子中可以看到，利用这一特性构成了超声传感器特有电路。利用这一特性构成了超声传感器特有电路。fa a 等效电路等效电路 b 电抗特性电抗特性CLRC感性感性容

8、性容性频率频率ft发射电路发射电路 以常用减幅振荡脉冲发射电路为例具体说以常用减幅振荡脉冲发射电路为例具体说明。下图所为可控硅发射电路，可控硅开明。下图所为可控硅发射电路，可控硅开关元件由正触发器接通时，跟阳极连接的关元件由正触发器接通时，跟阳极连接的电容器被充电，每当触发信号来到时，电电容器被充电，每当触发信号来到时，电荷通过可控硅开关元件放电，使跟超声传荷通过可控硅开关元件放电，使跟超声传感器连接的输出端产生负高压脉冲波，从感器连接的输出端产生负高压脉冲波，从而驱动超声波传感器。输出电路中的而驱动超声波传感器。输出电路中的500欧欧姆可变电阻器，用于调整脉冲宽度。电感姆可变电阻器，用于调整

9、脉冲宽度。电感L用于匹配，以消除杂散电容和传感器控制用于匹配，以消除杂散电容和传感器控制电容的影响。电容的影响。 图图 可控硅发射电路可控硅发射电路触发脉冲触发脉冲接收电路接收电路 超声传感器超声传感器L600V1K0.01uF100K1000pF225002V100pF2201KMCR729-10接收放大电路接收放大电路 超声波接收电路的作用就是将接收换能器输出的较超声波接收电路的作用就是将接收换能器输出的较小的的电信号经过放大而得到足够大的信号，以便推动小的的电信号经过放大而得到足够大的信号，以便推动各种分析，控制和显示电路。以脉冲各种分析，控制和显示电路。以脉冲-回波接收放大电回波接收放

10、大电路为例，此电路采用了一个换能器来实现超声的发射与路为例，此电路采用了一个换能器来实现超声的发射与回波的接收。该电路中的二极管回波的接收。该电路中的二极管VD1VD8为收发转换为收发转换电路。当换能器上无发射脉冲时，二极管电路。当换能器上无发射脉冲时，二极管VD1VD4,VD7、VD8导通，放大器接收来自换能器的导通，放大器接收来自换能器的回波信号。当幅度很大的发射脉冲电压施加到换能器上回波信号。当幅度很大的发射脉冲电压施加到换能器上时，时，VD1VD4不导，不导，VD5VD6导通，这样发射电压耦导通，这样发射电压耦合到合到VT9基极上的电压就很小，不致引起过载、阻塞或基极上的电压就很小，不

11、致引起过载、阻塞或损坏。接收放大器由损坏。接收放大器由VT9VT11组成，总增益为组成，总增益为12dB。其输出电压常馈入对数放大器。其输出电压常馈入对数放大器。 图图 脉冲脉冲回波接收放大电路回波接收放大电路15V100uH3K100 0.01uF0.01uF681K 1K 100uH-5VVT10VT11100 1.5uF1.2K 1.5uF6.8K 6.8K 1.5uFIS583,21.5uF2SC19232SA4952SC372VD1VD2IS584,2VD3VD415K IS584,4VD5VD6VD7VD8VD9VD10VD11VD12VT9 接收电路就是通常的放大电路。有关放大器接收电路就是通常的放大电路。有关放大器应满足接收电路的基本要求，第一，希望脉冲波应满足接收电路的基本要求，第一，希望脉冲波形不失真的几级放大器，不宜用频带太窄的放大形不失真的几级放大器，不宜用频带太窄的放大器。第二，放大器应该有足够大的增益。在很多器。第二，放大器应该有足够大的增益。在很多测量