[发明专利]大功率单脉冲超声信号发生器及其无损探伤的方法

说明书

技术领域

本发明属于超声检测及高频技术领域，涉及一种大功率的单脉冲超声信号发生器。

背景技术

超声波探伤是利用超声能透入金属材料的深处，当波束自零件表面由探头通至金属内部，遇到缺陷与零件底面时就分别发出反射波，在荧光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷的大小和位置。

目前超声探伤所使用的单脉冲信号源都是小功率的，而大坝的混凝土结构以及核电站压力容器的奥氏钢体结构对声波的散射衰减很大，如信号功率不强，将无法检测到回波信号，就不能很好地完成深度探伤检测。

传统的超声检测方法很多，其中主要有谐振法、穿透法、脉冲反射法和液浸法。

(1)共振法

利用频率连续可变的单一频率的超声波在物体的相对表面上反射，从而发生同相位叠加的共振现象进行检测的方法，称为共振法。它是两个相干的声波在同一直线上沿向反方向传播时，互相叠加产生驻波主播的结果。共振法设备简单，测量精确，常用于壁厚测量，然而，当工件中存在较大缺陷或当工件厚度改变时，将导致共振现象消失或共振点偏移。

(2)穿透法

将两个探头分别置于试件的两个相对面，一个探头发射超声波，另一个探头接收透射波，根据接收探头接收到的超声能量大小，来评定缺陷量值大小的检测方法，称为穿透法。若试件内存在缺陷，声波被缺陷挡住后会形成阴影，称为声影。

设缺陷后声影截面不变的距离为L₁，它可近似下式计算，

L1=φ24λ]]>

式中，φ为缺陷直径，λ为超声波长。在距离L₁之后，声束将按一定角度θ′绕射，根据理论推算：

sinθ′=1.22λφ]]>

当缺陷声影截面为零时，即是穿透法的有效探测距离L_H，表示为：

LH=L1+φ2tanθ′]]>

由此可知，缺陷距接收探头越远声影越小，缺陷越不易被发现，当距离大于L_H后，则探测不到缺陷。

(3)脉冲反射法

脉冲反射法是利用超声脉冲波入射到两种不同的介质交界面上发生反射的原理进行检测，采用同一个换能器兼作发射和接收，接收信号显示在检测仪的荧光屏上。根据缺陷反射波的大小、有无及其在时基轴上的位置来判断缺陷的大小、有无及缺陷深度。该方法的缺陷定位精确度较高，但是存在一定盲区，对近表面缺陷工件不适用，且容易漏检，材料衰减太大。

(4)液浸法

液浸法是指在探头与工件之间填充一定厚度的液体耦合剂，使探头发射的声波经过液体耦合层后，再入射到工件中去进行检测的方法。液浸法在耦合层较厚时，声能损失较大，另外还需要相应的辅助设备，并且机械安装复杂。在使用液浸法检测时，还应遵循探头灵敏度高、探头至工件的距离选择等原则。

上述的测量方法在一定程度上都能实现对建筑基础设施存在的缺陷进行检测，但声波信号在遇到混凝土或钢体结构时，接收仪器所得到的回波信号都在一定程度上被大大削弱，无法达到测量的精确度与深度。