超聲波探傷探傷儀探頭試塊

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1、第二章　儀器、探頭和試塊１、超聲波探傷儀２、超聲波探頭３、超聲波試塊1、超聲波探頭１、壓電效應(yīng)１）正壓電效應(yīng)晶體材料在外力拉壓作用下，產(chǎn)生交變電場的效應(yīng)稱為正壓電效應(yīng)。２）逆壓電效應(yīng)晶體材料在交變電場作用下，產(chǎn)生伸縮變形的效應(yīng)稱為逆壓電效應(yīng)。ＡＢ－＋＋—a)石英晶體b)正壓電效應(yīng)c)逆壓電效應(yīng)2、壓電材料的主要性能參數(shù)1)壓電應(yīng)變常數(shù)壓電應(yīng)變常數(shù)表示在壓電晶體上施加單位電壓時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)變大小。式中　Ｕ——施加在壓電晶片兩面的應(yīng)力Δt——晶片在厚度方向的變形量壓電應(yīng)變常數(shù)d33是衡量壓電晶體材料發(fā)射靈敏度高低的重要參數(shù)。D33值越大，發(fā)射性能越好，發(fā)射靈敏度

2、越高。2)壓電電壓常數(shù)壓電電壓常數(shù)表示作用在壓電晶體上單位應(yīng)力所產(chǎn)生的電壓梯度大小式中P——施加在壓電晶片兩面的應(yīng)力Ｕp——晶片表面產(chǎn)生的電壓梯度，即電壓Ｕ與晶片厚度t之比，Ｕp＝Ｕ／ｔ壓電電壓常數(shù)g33是衡量壓電晶體材料接收靈敏度高低的重要參數(shù)。g33值越大，接收性能越好，接收靈敏度越高。2、壓電材料的主要性能參數(shù)3)介電常數(shù)介電常數(shù)表示在壓電晶體上施加單位電壓時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)變大小。式中C——電容器電容t——電容器極板距離A——電容器極板面積介電常數(shù)　越大電容器存貯的電量越大。越小電容器放電時(shí)間越快頻率越高。2、壓電材料的主要性能參數(shù)4)機(jī)電耦合系數(shù)機(jī)電耦

3、合系數(shù)Ｋ，表示壓電材料機(jī)械難（聲能）與電能之間的轉(zhuǎn)換效率當(dāng)晶片振動(dòng)時(shí)，同時(shí)產(chǎn)生厚度和徑向兩個(gè)方向的變形，因此機(jī)電耦合系數(shù)分為厚度方向Ｋt和徑向Ｋp。Ｋt越大探測靈敏度越高。Ｋp越大，低頻諧振波增多，發(fā)射脈沖變寬，導(dǎo)致分辨率下降，盲區(qū)增大。正壓電效應(yīng)負(fù)壓電效應(yīng)2、壓電材料的主要性能參數(shù)5)機(jī)械品質(zhì)因子壓電晶片在諧振時(shí)貯存的機(jī)械能Ｅ貯與在一個(gè)周期內(nèi)損耗的能量Ｅ損之比稱為機(jī)械品質(zhì)因子。機(jī)械品質(zhì)因子值大，表示損耗小，晶片持續(xù)振動(dòng)時(shí)間長，脈沖寬度大，分辨力低。反之值小，表示損耗大，脈沖寬度小，分辨力高。2、壓電材料的主要性能參數(shù)6)頻率常數(shù)壓電晶片的厚度與因有頻率的

4、乘積是一個(gè)常數(shù)，這個(gè)常數(shù)叫作頻率常數(shù)式中cL——晶片中縱波聲速t——晶片厚度f0——晶片固有頻率晶片材料一定，頻率越高，厚度越小2、壓電材料的主要性能參數(shù)7)居里溫度壓電材料與磁性材料一樣，其壓電效應(yīng)與溫度有關(guān)，它只能在一定的溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生，超過一定的溫度壓電效應(yīng)就會(huì)消失。使壓電材料的壓電效應(yīng)消失的溫度稱為壓電材料的居里溫度，用Ｔc表示。結(jié)論：超聲波探頭對(duì)晶片的要求（1）機(jī)電耦合系數(shù)Ｋ較大，以便獲得較高的轉(zhuǎn)換效率（2）機(jī)械品質(zhì)因子較小，以便獲得較高的分辨率和較小的盲區(qū)（3）壓電應(yīng)變常數(shù)和壓電電壓常數(shù)較大，以便獲得較高的發(fā)射靈敏度和接收靈敏度（4）頻率常數(shù)Ｎ

5、較大，介電常數(shù)較小，以便獲得較高的頻率（5）居里溫度Ｔ較高，聲阻抗Ｚ適當(dāng)2、壓電材料的主要性能參數(shù)3、探頭的種類和結(jié)構(gòu)1)直探頭（縱波探頭）接口外殼電纜線阻尼塊壓電晶片保護(hù)膜直探頭用于發(fā)射和接收縱波故又稱縱波探頭。主要用于探測與探測面平行的缺陷。如板材鍛件探傷等。3、探頭的種類和結(jié)構(gòu)2)斜探頭接口外殼電纜線阻尼塊壓電晶片斜楔斜探頭可分為縱波斜探頭（aL

6、面波，主要檢測工件表面缺陷吸聲材料3、探頭的種類和結(jié)構(gòu)3)雙晶探頭（分割探頭）接口外殼電纜線阻尼塊壓電晶片延時(shí)塊隔聲層探傷區(qū)雙晶探頭有兩塊壓電晶片，一塊用于發(fā)射聲波，一塊用于接收聲波。根據(jù)入射角不同分為縱波雙晶探頭和橫波雙晶探頭。優(yōu)點(diǎn)：（1）靈敏度高（2）雜波少盲區(qū)小（3）工件中近場區(qū)?。?）探測范圍可調(diào)雙晶探頭主要用于檢測近表面缺陷。根椐工件因選擇合適的工作頻率、晶片尺寸和探測深度。3、探頭的種類和結(jié)構(gòu)3)聚焦探頭探傷區(qū)接口外殼電纜線阻尼塊壓電晶片斜楔吸聲材料聲透鏡聚焦區(qū)聚焦探頭分為點(diǎn)聚焦和線聚焦。點(diǎn)聚焦理想焦點(diǎn)為一點(diǎn)，其聲透鏡為球面；線聚焦理想焦點(diǎn)為一

7、條線，其聲透鏡為柱面。3、探頭的種類和結(jié)構(gòu)４)可變角探頭可變角探頭入射角可變，轉(zhuǎn)動(dòng)壓電晶片可使入射角連續(xù)變化，從而實(shí)現(xiàn)縱波、橫波、表面波和板波探傷。角度標(biāo)尺接口外殼壓電晶片旋轉(zhuǎn)桿耦合劑保護(hù)膜4、探頭型號(hào)和規(guī)格1)探頭的標(biāo)識(shí)探頭的型號(hào)標(biāo)識(shí)由以下幾部分組成：基本頻率晶片材料晶片尺寸探頭種類特征基本頻率：探頭的發(fā)射頻率，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，單位為ＭＨｚ晶片材料：用化學(xué)元素縮寫符號(hào)表示晶片尺寸：壓電晶片的大小，圓形晶片用直徑表示，矩形用長乘寬表示，單位mm探頭種類：漢語拼音縮寫字母代表示探頭特征：漢語拼音縮寫字母代表示２)舉例2.5P13X13K25B14ZK值為２

8、K值斜探頭矩形晶片13X13mm鋯鈦酸鉛陶瓷頻率2.5MHz2.5