超声波检测第三章.pptx

第三章　仪器、探头和试块１、超声波探伤仪２、超声波探头３、超声波试块第一页，共四十二页。－Ａ１、压电效应１）正压电效应　晶体材料在外力拉压作用下，产生交变电场的效应称为正压电效应。２）负压电效应　晶体材料在交变电场作用下，产生伸缩变形的效应称为负压电效应。＋Ｂb)正压电效应＋a)石英晶体—c)负压电效应第二页，共四十二页。超声波探头2、压电材料的主要性能参数1) 压电应变常数压电应变常数表示在压电晶体上施加单位电压时所产生的应变大小。式中　Ｕ——施加在压电晶片两面的应力　Δt——晶片在厚度方向的变形量压电应变常数d33是衡量压电晶体材料发射灵敏度高低的重要参数。D33值越大，发射性能越好，发射灵敏度越高。第三页，共四十二页。2、压电材料的主要性能参数2) 压电电压常数压电电压常数表示作用在压电晶体上单位应力所产生的电压梯度大小式中　P——施加在压电晶片两面的应力　Ｕp——晶片表面产生的电压梯度，即电压Ｕ与晶片厚度t之比，　Ｕp ＝Ｕ／ｔ压电电压常数g33是衡量压电晶体材料接收灵敏度高低的重要参数。g33值越大，接收性能越好，接收灵敏度越高。第四页，共四十二页。2、压电材料的主要性能参数3) 介电常数介电常数表示在压电晶体上施加单位电压时所产生的应变大小。式中C——电容器电容　t——电容器极板距离　A——电容器极板面积介电常数　越大电容器存贮的电量越大。越小电容器放电时间越快频率越高。第五页，共四十二页。2、压电材料的主要性能参数4) 机电耦合系数机电耦合系数Ｋ，表示压电材料机械难（声能）与电能之间的转换效率正压电效应负压电效应当晶片振动时，同时产生厚度和径向两个方向的变形，因此机电耦合系数分为厚度方向Ｋt和径向Ｋp。Ｋt越大探测灵敏度越高。Ｋp越大，低频谐振波增多，发射脉冲变宽，导致分辨率下降，盲区增大。第六页，共四十二页。2、压电材料的主要性能参数5) 机械品质因子压电晶片在谐振时贮存的机械能Ｅ贮与在一个周期内损耗的能量Ｅ损之比称为机械品质因子。当晶片振动时，同时产生厚度和径向两个方向的变形，因此机电耦合系数分为厚度方向Ｋt和径向Ｋp。Ｋt越大探测灵敏度越高。Ｋp越大，低频谐振波增多，发射脉冲变宽，导致分辨率下降，盲区增大。第七页，共四十二页。2、压电材料的主要性能参数6) 频率常数压电晶片的厚度与因有频率的乘积是一个常数，这个常数叫作频率常数式中cL——晶片中纵波声速　t——晶片厚度　f0——晶片固有频率晶片材料一定，频率越高，厚度越小第八页，共四十二页。2、压电材料的主要性能参数7) 居里温度压电材料与磁性材料一样，其压电效应与温度有关，它只能在一定的温度范围内产生，超过一定的温度压电效应就会消失。使压电材料的压电效应消失的温度称为压电材料的居里温度，用Ｔc表示。结论：超声波探头对晶片的要求（1）机电耦合系数Ｋ较大，以便获得较高的转换效率（2）机械品质因子较小，以便获得较高的分辨率和较小的盲区（3）压电应变常数和压电电压常数较大，以便获得较高的发射灵敏度和接收灵敏度（4）频率常数Ｎ较大，介电常数较小，以便获得较高的频率（5）居里温度Ｔ较高，声阻抗Ｚ适当第九页，共四十二页。3、探头的种类和结构1) 直探头（纵波探头）接口直探头用于发射和接收纵波故又称纵波探头。主要用于探测与探测面平行的缺陷。如板材锻件探伤等。外壳电缆线阻尼块压电晶片保护膜第十页，共四十二页。3、探头的种类和结构2) 斜探头斜探头可分为纵波斜探头（aLa1）,横波斜探头（aL=a1~aII）和表面波探头(aL≧aII)横波斜探头是利用横波探伤，主要是用于检测与探测面垂直或成一定角度的缺陷，如焊接汽轮机叶轮等。表面波探头当入射角大于第二临界角在工件中产生表面波，主要检测工件表面缺陷吸声材料外壳电缆线接口斜楔压电晶片阻尼块第十一页，共四十二页。3、探头的种类和结构3) 双晶探头（分割探头）双晶探头有两块压电晶片，一块用于发射声波，一块用于接收声波。根据入射角不同分为纵波双晶探头和横波双晶探头。优点：（1）灵敏度高（2）杂波少盲区小（3）工件中近场区小（4）探测范围可调双晶探头主要用于检测近表面缺陷。根椐工件因选择合适的工作频率、晶片尺寸和探测深度。接口外壳隔声层电缆线阻尼块压电晶片延时块探伤区第十二页，共四十二页。3、探头的种类和结构3) 聚焦探头聚焦探头分为点聚焦和线聚焦。点聚焦理想焦点为一点，其声透镜为球面；线聚焦理想焦点为一条线，其声透镜为柱面。外壳电缆线吸声材料接口斜楔压电晶片探伤区阻尼块声透镜聚焦区第十三页，共四十二页。3、探头的种类和结构４) 可变角探头可变角探头入射角可变，转动压电晶片可使入射角连续变化，从而实现纵波、横波、表面波和板波探伤。外壳接口角度标尺压电晶片旋转杆耦合剂保护膜第十四页，共四十二页。4、探头型号和规格1) 探头的标识探头的型号