如何使用回波振幅评估反射器?
由于材料中的自然反射器存在多种反射条件,超声波手段无法清晰探明,因此我们采用了一种替代方案 — 等效反射器! 借助等效反射器,就可以通过不连续介质的回波追踪到准确的来源(替代来源),不受操作人员的影响。 这样的替代来源(例如盘式反射器)如果垂直于声束的声轴,那么就会发出和未知自然反射器相同的信号振幅。 只要自然反射器具有与圆形表面反射器相同的特点,就可以存在这种相互关系。 对于代表“小型反射器”的所有不连续介质,即在任何方向上没有超出声束极限的反射器,都是如此。 长方形反射器也存在与圆盘式传感器类似的行为特性。 手动检测的前提条件是反射器必须位于声束的轴线上。 因此要移动探头,直到来自反射器的指示值达到最大。 这时的反射器就处于声轴上。 在检测路径固定的自动检测中,反射器处于声束的声轴上纯属偶然。 我们在这里不能简单地根据信号振幅(见第 13 章)来操作盘式等效反射器(等效反射器尺寸 = 圆盘直径)。 盘式反射器模型的优势在于易于进行实验,还可以用于理论解决方案。在单探头作业中,我们很容易发现盘式反射器远场的距离规律:如果探头和反射器之间的距离增加,则接近声脉冲声压的降低就会和距离成正比(第 8 章)。 反射声脉冲在到达接收器处的声压损失也与距离 z 成正比,即回波振幅是距离 z 的平方的函数。
由于反射脉冲的声压是反射器表面积的函数,即直径 d 的平方,因此远场的回波振幅与直径的平方成正比 (37)。
这种盘式晶体(传感器)和盘式反射器之间的普遍适用关系取决于直径 (D)、增益 (G) 和尺寸 (S),如 DGS 图中所示(图 40)。 为了达到普遍适用性,反射器的尺寸通过 (39) 进行了归一化。
(反射器直径/传感器直径)
距离 z 为 (40)
(近场长度的距离)
为了节约将归一化值转换为绝对值的时间,可以为特定探头和材料制作特殊的 DGS 图表,例如 Krautkrämer 探头数据表中的图表(此类特殊图表仅适用于一种探头和一种材料)。 它们是总图的一个部分(图 41)。 更简单的方法是使用 DGS 标度进行检测,无需任何“填写工作”。 该标度是特殊 DGS 图表中的一小部分。 等效反射器曲线使用的不是双对数标度,而是双线性标度(图 42)。
当然,DGS 图表不仅仅针对盘式传感器和反射器制作, 同样也可以为矩形或圆柱形反射器制作。 DGS 图表不仅限于单探头操作。 目前也有 TR 探头(图 12)和使用两个探头进行串联操作(图 36)的设计。 使用 DGS 图表或标度之前,必须了解探头的有效数据(实际数据):直径 DI 和近场长度 Ni
DGS 图表的使用示例如下表所示。 任何可选的底面回波都将用作参考回波,并按照 CRT 标度上的特定参考高度设置。 将回波壁距离 zW 归一化为 ZW,然后找到底面回波曲线上的相对点(图 43)。 调整底面回波所需的增益为 VW。
此前设定
标称 实际
fs = 4 MHz fi = 3,90 MHz
cs = 5,920 km/s ci = 5,900km/s
Ds = 20 mm Di = 19,0 mm
Ns = D2 . f/4. c Ni = 61 mm
测量值
zW = 165 mm(底面距离)
Vw = 46 dB
zR = 49 mm
VR = 62 dB
zW = zW/Ni = 165/61 = 2,7
zR = zR/Ni = 49/61 = 0,8
VR - Vw = 62 dB - 46 dB = 16 dB
Zr 和 VR - Vw 如图 43 所示
G = 0,2
d = G Di = 0,2 * 19 mm = 3,8 mm(反射器直径)
反射器出现在距离 zR(归一化为 ZR)处 要测量反射器回波与底面回波之间的振幅差,反射器回波需要达到选定的参考水平。 此时所需的增益为 VR。 这样,反射器回波的振幅相较于底面回波的振幅要小 VR - VW。 根据反射器距离 ZR 和振幅差,可以确定 0.2 的相对等效的反射器直径。 与有效传感器直径 Di 相乘,得出的结果就是我们所需的反射器直径,即 3.8 mm。 有了特殊的 DGS 图表和标度,就不再需要对距离和等效反射器尺寸进行归一化处理。 然而,如果探头偏离其标称数据(规格)过多,则可能无法再使用专用图表和标度,而通用图表则可以始终与实际数据一起使用。 在当前的示例中,我们假设材料没有任何不可忽略的衰减。 这一点必须在测量前就进行检查。 如果声音衰减不可忽略,则需要进行以下校正:
衰减系数 [?, ( dB/m) = VW - 2 ß • zw VR' = VR - 2 ß • ZR 利用 VW' 和 VR 量,就可以继续用 VW 和 VR 进行计算。
现代数字超声波探伤仪使用特殊的 DGSprograms 对不连续的回波进行评估。 必要的探头实际参数可通过菜单键入,或通过对话探头由数字仪器自行自动读取。 所需的 DGS 曲线会直接显示在数字屏幕上。 由数字仪器执行计算,计算结果也会在屏幕上显示。