數字式與模擬式超聲波探傷儀的掃描基線比例調節與用途對比

劉英和，徐萬德，李全余，馬成寶

（1.天津市友聯螺旋鋼管有限公司，天津 301606；2.天津市友發鋼管集團有限公司，天津 301606）

超聲波探傷儀顯示區下方發亮的水平線段稱作掃描基線。探傷時根據缺陷反射回波在掃描基線上出現的位置來確定缺陷埋藏位置。由于計算機技術在超聲波探傷儀中的廣泛應用，使數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了不同，相關教材、儀器操作說明書中均沒有關于數字式超聲波探傷儀掃描基線比例確定方法的介紹與說明。筆者通過對兩種形式超聲波探傷儀掃描基線調整過程與比例確定方法的比較分析，論述了數字式超聲波探傷儀掃描基線調整后是否還需要人為確定掃描基線比例的問題。

1 模擬式超聲波探傷儀掃描基線比例調整

1.1 掃描基線實現定位尺功能

受當時計算機技術的影響，模擬式超聲波探傷儀無法直接識別掃描基線上出現的缺陷反射回波埋藏深度與水平距離等信息。因此設計人員在顯示器前面放置了一塊保護面板，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度，以使掃描基線轉化為定位尺。如圖1所示。

圖1 模擬式超聲波探傷儀顯示器保護面板

1.2 掃描基線調整的比例確定

1.2.1 調整目的

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

1.2.2 調整方法

根據檢測范圍，利用已知尺寸的試塊或工件上的兩次不同反射回波，通過調節儀器上的掃描范圍和延遲旋鈕，使兩個回波信號的前沿分別位于相應的水平刻度處。

1.2.3 調整過程

找到R100與R50圓弧反射回波后，配合調節模擬探傷儀“深度細調”與“脈沖移位”旋鈕使R50，R100圓弧反射回波分別移動到顯示器保護面板水平刻度對應L1，L2位置時，掃描基線按水平距離比例1∶1調整結束。

隨著被檢工件厚度的變化，掃描基線比例可通過將顯示器保護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計算得出，這一過程實際是將圖1水平刻度上的每個值轉化成了長度。

2 數字式超聲波探傷儀的掃描基線

2.1 顯示器的分辨力

數字式超聲波探傷儀使用的各種顯示器的參數之一為分辨力。以640×480分辨力的顯示器為例，掃描列數為640列，行數為480行。整個屏幕實際就是由640×480個像素點組成的點陣，點陣數就稱為顯示器的分辨力。如圖2所示。

圖2 顯示器點陣示意

2.2 數字式超聲波探傷儀顯示區的建立

圖3網格區域稱作數字式超聲波探傷儀的顯示區，顯示區域的上、下以及左側顯示了不同數量的文字與數字，需要占用不同數量的像素點。

圖3 某型號數字式超聲波探傷儀的顯示區

通過前述分析可知，圖2由左至右每行像素點數為640點，去掉圖3水平方向的數字、文字以及空白區域占用的像素點數，設計規定圖3顯示區域由左至右使用512個像素點來組成，上、下由320個像素點組成，即圖3顯示區是由512×320個像素點組成的點陣構成。

2.3 數字式超聲波探傷儀電子刻度的建立

數字式超聲波探傷儀利用計算機技術，將圖1保護面板上的0，2，4，6，8，10等水平刻度值直接制作成了如圖3顯示區下方的0，10.8，21.6，32.4，43.2，55.3的電子刻度，刻度數量為512個，即與顯示區內由左至右的像素點數相同，電子刻度的功能與定位尺的功能相同。利用計算機的軟件功能，將電子刻度放置到圖3所示顯示區下方并與某一行像素點重合，此即為數字式超聲波探傷儀電子刻度的建立過程。

2.4 顯示范圍的形成

圖3所示數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量與顯示區中的像素點數512點相同。

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

在512×1／（15×106）s時間內超聲波走過的聲程S為：

S＝512×1×3 240×103／（15×106）＝110.6mm

發現缺陷時超聲波為一去一回，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。

通過上述計算不難看出顯示范圍55.3mm是用512.0個像素點來表示的，那么每一個像素點所代表的長度為55.3mm／512＝0.11mm。利用計算機的軟件功能，使掃描基線與電子刻度重合，即可使數字式超聲波探傷儀掃描基線間接實現缺陷定位的功能。

3 數字式超聲波探傷儀掃描基線的調整

3.1 調整過程

參考圖4使用CSK－IA標準試塊調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距離a，橫波探頭規格型號不同a值不同，因此超聲波探傷前需要調整掃描基線，使圖4入射點的位置為掃描基線起點的位置。

圖4 使用CSK－IA型試塊調整（校準）掃描基線示意

數字式超聲波探傷儀掃描基線調整時由于a值的影響，CSK－IA標準試塊上R100圓弧的反射回波一般不會直接出現在掃描基線（聲程S）100mm的位置，而是需要利用軟件功能將反射回波移動到100mm的位置完成掃描基線調整，也就是說數字式超聲波探傷儀可以使用R50或R100任意一個圓弧的反射回波就可實現掃描基線調整，這一點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準及部分探傷人員有多種不同叫法，如掃描基線調整、掃描比例調整、掃描速度調整、距離校準等，但其最終目的只有一個，即將a值影響去掉，使入射點與掃描基線零點重合。

3.2 電子刻度如何轉化為長度

當被檢工件的厚度增大，顯示區電子刻度顯示的最大范圍不足以包含所需檢測的深度范圍時，可以通過數字式超聲波探傷儀顯示范圍壓縮功能自動擴大電子刻度上每一刻度代表的長度，使最大顯示范圍大于或等于檢測的深度范圍。如最大顯示范圍是x mm，則每一刻度代表的長度變為x／512mm。

上述分析說明，數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度越小，缺陷定位越精確。

3.3 缺陷定位的實現

任何型號的數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），儀器自動識別反射回波最高峰值對應的電子刻度值，并自動將電子刻度值由左側第一個連續累加到反射回波最高峰值所對應的電子刻度值，并自動計算出缺陷在電子刻度上所處的長度值。

4 結語

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度值是通過人為計算與調整實現的，探傷人員需要獲取其信息。

數字式超聲波探傷儀掃描基線比例是通過儀器自動計算與調整實現的，而且探傷人員在不清楚數字式超聲波探傷儀掃描基線比例調整的具體過程與步驟的情況下，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字式超聲波探傷儀時，工藝、報告等技術文件中保留H（深度）、L（水平）、S（聲程）等掃描基線調整方法的內容，而去掉掃描基線比例的填寫要求。