【導讀】題目超聲波簡介及其應用。專業(yè)機械設計制造及其自動化

　　

【正文】 置和大致尺寸。除回波法外，還有用另一探頭在工件另一側接受信號的穿透法。利用超聲法檢測材料的物理特性時，還經(jīng)常利用超聲波在工件中的聲速、衰減和共振等特性。 超聲波的特點： 超聲波聲束能集中在特定的方向上，在介質中沿直線傳播，具有良好的指向性。 超聲波在介質中傳播過程中，會發(fā)生衰減和散射。 超聲波在異種介質的界面上將產(chǎn)生反射、折射和波型轉換。利用這些特性，可以獲得 從缺陷界面反射回來的反射波，從而達到探測缺陷的目的。 超聲波的能量比聲波大得多。 超聲波在固體中的傳輸損失很小，探測深度大，由于超聲波在異質界面上會發(fā)生反射、折射等現(xiàn)象，尤其是不能通過氣體固體界面。如果金屬中有氣孔、裂紋、分層等缺陷（缺陷中有氣體）或夾雜，超聲波傳播到金屬與缺陷的界面處時，就會全部或部分反射。反射回來的超聲波被探頭接收，通過儀器內部的電路處理，在儀器的熒光屏上就會顯示出不 同高度和有一定間距的波形?？梢愿鶕?jù)波形的變化特征判斷缺陷在工件 中 的深度、位置和形狀。 無損檢測是在不損壞工件或原材料工 作狀態(tài)的前提下，對被檢驗 工件 的表面和內部質量進行檢查的一種檢測手段， Nondestructive Testing（縮寫 NDT）。超聲波 檢測也叫 超聲檢測 、超聲波探傷，是 無損檢測 的一種。 超聲檢測 (UT）是工業(yè)上無損檢測的方法之一。超聲波進入物體遇到缺陷時，一部分聲波會產(chǎn)生反射，發(fā)射和接收器可對反射波進行分析，就能異常精確地測出缺陷來．并且能顯示內部缺陷的位置和大小，測定材料厚度等 . 超聲波探傷優(yōu)點是檢測厚度大、靈敏度高、速度快、成本低、對人體無害，能對缺陷 進行定位和定量。超聲波探傷對缺陷的顯示不直觀，探傷技術難度大，容易受到主客觀因素影響，以及探傷結果不便于保存，超聲波檢測對工作表面要求平滑，要求富有經(jīng)驗的檢驗人員才能辨別缺陷種類、適合于厚度較大的零件檢驗，使超聲波探傷也具有其局限性。 超聲波探傷儀的種類繁多，但脈沖反射式超聲波探傷儀應用最廣 。一般在均勻材料中，缺陷的存在將造成材料不連續(xù)，這種不連續(xù)往往 造成聲阻抗的不一致，由反射定理我們知道，超聲波在兩種不同聲阻抗的介質的界面上會發(fā)生反射。反射回來的能量的大小與交界面兩邊介質聲阻抗的差異和交界面的取向、大小 有關。脈沖反射式超聲波探傷儀就是根據(jù)這個原理設計的。 脈沖反射式超聲波探傷儀大部分都是 A 掃描式的，所謂 A 掃描顯示方式即顯示器的橫坐標是超聲波在被檢測材料中的傳播時間或者傳播距離，縱坐標是超聲波反射波的幅值。譬如，在一個工件中存在一個缺陷，由于缺陷的存在，造成了缺陷和材料之間形成了一個不同介質之間的交界面，交界面之間的聲阻抗不同，當發(fā)射的超聲波遇到這個界面之后就會發(fā)生反射，反射回來的能量又被探頭接收到，在顯示器屏幕中橫坐標的一定的位置就會顯示出來一個反射波的波形，橫坐標的這個位置就是缺陷波在被檢測材料中的深度 。這個反射波的高度和形狀因不同的缺陷而不同，反映了缺陷的性質 現(xiàn)在通常是對被測物體（比如工業(yè)材料、人體）發(fā)射超聲，然后利用其反射、多普勒效應 、透射等來獲取被測物體內部的信息并經(jīng)過處理形成圖像。超聲波探傷儀其中多普勒效應法是利用超聲在遇到運動的物體時發(fā)生的多普勒頻移效應來得出該物體的運動方向和速度等特性；透射法則是通過分析超聲穿透過被測物體之后的變化而得出物體的內部特性的，其應用目 前還處于研制階段； 超聲波探傷儀這里主要介紹的是目前應用最多的通過反射法來獲取物體內部特性信息的方法。 反射法是基于超聲在通過不同聲阻抗組織界面時會發(fā)生較強反射的原理工作的，正如我們所知道，聲波在從一種介質傳播到另外一種介質的時候在兩者之間的界面處會發(fā)生反射，而且介質之間的差別越大反射就會越大，所以我們可以對一個物體發(fā)射出穿透力強、能夠直線傳播的超聲波，然后對反射回來的超聲波進行接收并根據(jù)這些反射回來的超聲波的先后、幅度等情況就可以判斷出這個組織中含有的各種介質的大小、分布情況以及各種介質之間的對比差別程度 等信息（其中反射回來的超聲波的先后可以反映出反射界面離探測表面的距離，幅度則可以反映出介質的大小、對比差別程度等特性），超聲波探傷儀從而判斷出該被測物體是否有異常。 在這個過程中就涉及到很多方面的內容，包括超聲波的產(chǎn)生、接收、信號轉換和處理等。其中產(chǎn)生超聲波的方法是通過電路產(chǎn)生激勵電信號傳給具有壓電效應的晶體（比如 石英 、硫酸鋰等），使其振動從而產(chǎn)生超聲波；而接收反射回來的超聲波 的時候，這個壓電晶體又會受到反射回來的聲波的壓力而產(chǎn)生電信號并傳送給信號處理電路進行一系列的處理，超聲波探傷儀最后形成圖像供人們觀察判斷。 圖像處理的種類又可以分為 A 型顯示、 M 型顯示、 B 型顯示、 C 型顯示、 F型顯示等。其中 A 型顯示是將接收到的超聲信號處理成波形圖像，根據(jù)波形的形狀可以看出被測物體里面是否有異常和缺陷在那里、有多大等， 超聲波探傷儀主要用于工業(yè)檢測； M 型顯示是將一條經(jīng)過輝度處理的探測信息按時間順序展開形成一維的 空間多點運動時序圖 ，適于觀察內部處于運動狀態(tài)的物體，超聲波探傷儀如運動的臟器、動 脈血管等； B 型顯示是將并排很多條經(jīng)過輝度處理的探測信息組合成的二維的、反映出被測物體內部斷層切面的 解剖圖像 （醫(yī)院里使用的 B 超就是用這種原理做出來的），超聲波探傷儀適于觀察內部處于靜態(tài)的物體；而 C 型顯示、 F 型顯示現(xiàn)在用得比較少。 超聲波探傷儀檢測不但可以做到非常準確，而且相對其他檢測方法來說更為方便、快捷，也不會對檢測對象和操作者產(chǎn)生危害，所以受到了人們越來越普遍的歡迎，有著非常廣闊的發(fā)展前景。 隨著電子技術和軟件技術的進一步發(fā)展，數(shù)字式超聲波探傷儀有著廣闊的發(fā)展前景。相信不久的將來，更加 先進的新一代數(shù)字智能化超聲探傷儀將逐步取代傳統(tǒng)的模擬探傷儀，以圖像顯示為主的 探傷儀 將會在工業(yè)檢驗中得到廣泛應用。 超聲探傷缺陷定性歷來是一個疑難問題，至今仍主要依賴于探傷人員的經(jīng)驗和分析判斷，準確性差?，F(xiàn)代人工智能學科的發(fā)展為實現(xiàn)儀器自動缺陷定性提供了可能。運用 模式識別技術 和專家系統(tǒng)，把大量已知缺陷的各種特征量輸入樣品庫，使儀器接受人的經(jīng)驗，并經(jīng)過學習后而具備自動缺陷定性的能力。