數(shù)字式與模擬式超聲波探傷儀的掃描基線比例調(diào)節(jié)與用途對(duì)比

劉英和，徐萬(wàn)德，李全余，馬成寶

（1.天津市友聯(lián)螺旋鋼管有限公司，天津 301606；2.天津市友發(fā)鋼管集團(tuán)有限公司，天津 301606）

超聲波探傷儀顯示區(qū)下方發(fā)亮的水平線段稱作掃描基線。探傷時(shí)根據(jù)缺陷反射回波在掃描基線上出現(xiàn)的位置來(lái)確定缺陷埋藏位置。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)在超聲波探傷儀中的廣泛應(yīng)用，使數(shù)字式超聲波探傷儀掃描基線比例確定的方法與模擬式超聲波探傷儀出現(xiàn)了不同，相關(guān)教材、儀器操作說(shuō)明書中均沒有關(guān)于數(shù)字式超聲波探傷儀掃描基線比例確定方法的介紹與說(shuō)明。筆者通過(guò)對(duì)兩種形式超聲波探傷儀掃描基線調(diào)整過(guò)程與比例確定方法的比較分析，論述了數(shù)字式超聲波探傷儀掃描基線調(diào)整后是否還需要人為確定掃描基線比例的問(wèn)題。

1 模擬式超聲波探傷儀掃描基線比例調(diào)整

1.1 掃描基線實(shí)現(xiàn)定位尺功能

受當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)的影響，模擬式超聲波探傷儀無(wú)法直接識(shí)別掃描基線上出現(xiàn)的缺陷反射回波埋藏深度與水平距離等信息。因此設(shè)計(jì)人員在顯示器前面放置了一塊保護(hù)面板，在玻璃片的下方等間距做出0，2，4，6，8，10mm等水平刻度，使每一刻度代表一定的長(zhǎng)度，以使掃描基線轉(zhuǎn)化為定位尺。如圖1所示。

圖1 模擬式超聲波探傷儀顯示器保護(hù)面板

1.2 掃描基線調(diào)整的比例確定

1.2.1 調(diào)整目的

調(diào)整掃描基線一是使水平刻度的顯示范圍足以包含需檢測(cè)的深度范圍；二是使保護(hù)面板上的刻度與在材料中聲傳播的距離成一定比例，以便準(zhǔn)確測(cè)定缺陷深度位置。

1.2.2 調(diào)整方法

根據(jù)檢測(cè)范圍，利用已知尺寸的試塊或工件上的兩次不同反射回波，通過(guò)調(diào)節(jié)儀器上的掃描范圍和延遲旋鈕，使兩個(gè)回波信號(hào)的前沿分別位于相應(yīng)的水平刻度處。

1.2.3 調(diào)整過(guò)程

找到R100與R50圓弧反射回波后，配合調(diào)節(jié)模擬探傷儀“深度細(xì)調(diào)”與“脈沖移位”旋鈕使R50，R100圓弧反射回波分別移動(dòng)到顯示器保護(hù)面板水平刻度對(duì)應(yīng)L1，L2位置時(shí)，掃描基線按水平距離比例1∶1調(diào)整結(jié)束。

隨著被檢工件厚度的變化，掃描基線比例可通過(guò)將顯示器保護(hù)面板上的水平刻度值τ與反射體的水平距離L按公式τ：L＝1：n計(jì)算得出，這一過(guò)程實(shí)際是將圖1水平刻度上的每個(gè)值轉(zhuǎn)化成了長(zhǎng)度。

2 數(shù)字式超聲波探傷儀的掃描基線

2.1 顯示器的分辨力

數(shù)字式超聲波探傷儀使用的各種顯示器的參數(shù)之一為分辨力。以640×480分辨力的顯示器為例，掃描列數(shù)為640列，行數(shù)為480行。整個(gè)屏幕實(shí)際就是由640×480個(gè)像素點(diǎn)組成的點(diǎn)陣，點(diǎn)陣數(shù)就稱為顯示器的分辨力。如圖2所示。

圖2 顯示器點(diǎn)陣示意

2.2 數(shù)字式超聲波探傷儀顯示區(qū)的建立

圖3網(wǎng)格區(qū)域稱作數(shù)字式超聲波探傷儀的顯示區(qū)，顯示區(qū)域的上、下以及左側(cè)顯示了不同數(shù)量的文字與數(shù)字，需要占用不同數(shù)量的像素點(diǎn)。

圖3 某型號(hào)數(shù)字式超聲波探傷儀的顯示區(qū)

通過(guò)前述分析可知，圖2由左至右每行像素點(diǎn)數(shù)為640點(diǎn)，去掉圖3水平方向的數(shù)字、文字以及空白區(qū)域占用的像素點(diǎn)數(shù)，設(shè)計(jì)規(guī)定圖3顯示區(qū)域由左至右使用512個(gè)像素點(diǎn)來(lái)組成，上、下由320個(gè)像素點(diǎn)組成，即圖3顯示區(qū)是由512×320個(gè)像素點(diǎn)組成的點(diǎn)陣構(gòu)成。

2.3 數(shù)字式超聲波探傷儀電子刻度的建立

數(shù)字式超聲波探傷儀利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，將圖1保護(hù)面板上的0，2，4，6，8，10等水平刻度值直接制作成了如圖3顯示區(qū)下方的0，10.8，21.6，32.4，43.2，55.3的電子刻度，刻度數(shù)量為512個(gè)，即與顯示區(qū)內(nèi)由左至右的像素點(diǎn)數(shù)相同，電子刻度的功能與定位尺的功能相同。利用計(jì)算機(jī)的軟件功能，將電子刻度放置到圖3所示顯示區(qū)下方并與某一行像素點(diǎn)重合，此即為數(shù)字式超聲波探傷儀電子刻度的建立過(guò)程。

2.4 顯示范圍的形成

圖3所示數(shù)字式超聲波探傷儀的采樣頻率為15MHz，由上述分析可知電子刻度的刻度數(shù)量與顯示區(qū)中的像素點(diǎn)數(shù)512點(diǎn)相同。

由采樣頻率可得，采集一個(gè)電子刻度（即一個(gè)像素點(diǎn)）所用時(shí)間為1／（15×106）s，采集512個(gè)電子刻度所用時(shí)間為512×1／（15×106）s，橫波聲速為3 240m／s＝3 240×103mm／s。

在512×1／（15×106）s時(shí)間內(nèi)超聲波走過(guò)的聲程S為：

S＝512×1×3 240×103／（15×106）＝110.6mm

發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)超聲波為一去一回，而屏幕只顯示單程，因此圖3電子刻度最終代表的顯示范圍S＝55.3mm。

通過(guò)上述計(jì)算不難看出顯示范圍55.3mm是用512.0個(gè)像素點(diǎn)來(lái)表示的，那么每一個(gè)像素點(diǎn)所代表的長(zhǎng)度為55.3mm／512＝0.11mm。利用計(jì)算機(jī)的軟件功能，使掃描基線與電子刻度重合，即可使數(shù)字式超聲波探傷儀掃描基線間接實(shí)現(xiàn)缺陷定位的功能。

3 數(shù)字式超聲波探傷儀掃描基線的調(diào)整

3.1 調(diào)整過(guò)程

參考圖4使用CSK－IA標(biāo)準(zhǔn)試塊調(diào)整以橫波探傷掃描基線。所用橫波斜探頭超聲波先要在探頭斜楔中走過(guò)距離a，橫波探頭規(guī)格型號(hào)不同a值不同，因此超聲波探傷前需要調(diào)整掃描基線，使圖4入射點(diǎn)的位置為掃描基線起點(diǎn)的位置。

圖4 使用CSK－IA型試塊調(diào)整（校準(zhǔn)）掃描基線示意

數(shù)字式超聲波探傷儀掃描基線調(diào)整時(shí)由于a值的影響，CSK－IA標(biāo)準(zhǔn)試塊上R100圓弧的反射回波一般不會(huì)直接出現(xiàn)在掃描基線（聲程S）100mm的位置，而是需要利用軟件功能將反射回波移動(dòng)到100mm的位置完成掃描基線調(diào)整，也就是說(shuō)數(shù)字式超聲波探傷儀可以使用R50或R100任意一個(gè)圓弧的反射回波就可實(shí)現(xiàn)掃描基線調(diào)整，這一點(diǎn)與模擬式超聲波探傷儀是不相同的。

上述操作步驟不同版本的超聲波探傷教材與標(biāo)準(zhǔn)及部分探傷人員有多種不同叫法，如掃描基線調(diào)整、掃描比例調(diào)整、掃描速度調(diào)整、距離校準(zhǔn)等，但其最終目的只有一個(gè)，即將a值影響去掉，使入射點(diǎn)與掃描基線零點(diǎn)重合。

3.2 電子刻度如何轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)度

當(dāng)被檢工件的厚度增大，顯示區(qū)電子刻度顯示的最大范圍不足以包含所需檢測(cè)的深度范圍時(shí)，可以通過(guò)數(shù)字式超聲波探傷儀顯示范圍壓縮功能自動(dòng)擴(kuò)大電子刻度上每一刻度代表的長(zhǎng)度，使最大顯示范圍大于或等于檢測(cè)的深度范圍。如最大顯示范圍是x mm，則每一刻度代表的長(zhǎng)度變?yōu)閤／512mm。

上述分析說(shuō)明，數(shù)字式超聲波探傷儀顯示范圍越小，每一電子刻度所代表的長(zhǎng)度越小，缺陷定位越精確。

3.3 缺陷定位的實(shí)現(xiàn)

任何型號(hào)的數(shù)字式超聲波探傷儀都具備“峰值搜索”功能，此功能有利于探傷人員找到反射回波的最高峰值（即反射回波最高點(diǎn)），儀器自動(dòng)識(shí)別反射回波最高峰值對(duì)應(yīng)的電子刻度值，并自動(dòng)將電子刻度值由左側(cè)第一個(gè)連續(xù)累加到反射回波最高峰值所對(duì)應(yīng)的電子刻度值，并自動(dòng)計(jì)算出缺陷在電子刻度上所處的長(zhǎng)度值。

4 結(jié)語(yǔ)

分析可得，模擬式超聲波探傷儀掃描基線的比例與每一水平刻度值所代表的長(zhǎng)度值是通過(guò)人為計(jì)算與調(diào)整實(shí)現(xiàn)的，探傷人員需要獲取其信息。

數(shù)字式超聲波探傷儀掃描基線比例是通過(guò)儀器自動(dòng)計(jì)算與調(diào)整實(shí)現(xiàn)的，而且探傷人員在不清楚數(shù)字式超聲波探傷儀掃描基線比例調(diào)整的具體過(guò)程與步驟的情況下，并不影響缺陷的檢出概率與定位精度。因此筆者建議在使用數(shù)字式超聲波探傷儀時(shí)，工藝、報(bào)告等技術(shù)文件中保留H（深度）、L（水平）、S（聲程）等掃描基線調(diào)整方法的內(nèi)容，而去掉掃描基線比例的填寫要求。