超聲波探傷儀、超聲波探頭、試塊及耦合劑等組成超聲波檢測系統，它們是超聲波探傷的重要設備。超聲波探傷儀是超聲波探傷的主要設備，它能夠快速識別出工件內部多種缺陷（裂紋、氣孔、夾雜等），并且不會對工件造成任何損傷，廣泛適用于實驗室與工程現場。
一、 按照(zhao)超聲波的(de)連續(xu)性分類
1. 脈沖波超聲探傷儀(yi)
這種儀器(qi)主(zhu)要是(shi)(shi)通過周期性(xing)的發射不連續的脈沖波(bo)來激勵換能器(qi)產生(sheng)超聲波(bo)，根據超聲波(bo)的傳播(bo)速度(du)或者回(hui)波(bo)的幅值等(deng)特性(xing)判斷工件中是(shi)(shi)否(fou)有缺陷，這是(shi)(shi)目前最常用的探傷(shang)儀模式。
2. 連續(xu)波(bo)超聲探傷儀
這種儀器(qi)探頭(tou)向(xiang)工件發(fa)射連續且頻率不變的(de)超聲(sheng)(sheng)波(bo)，主要是(shi)通(tong)過觀察透過工件的(de)超聲(sheng)(sheng)波(bo)強度的(de)變化來判(pan)斷工件中是(shi)否有(you)缺陷。這種儀器(qi)通(tong)常(chang)情況下靈(ling)敏度低，而(er)且難以確(que)定缺陷位置，大多被脈沖探傷儀器(qi)取代(dai)，不過仍舊應用在超聲(sheng)(sheng)波(bo)顯像及超聲(sheng)(sheng)波(bo)共振測厚等方(fang)面。
3. 調頻(pin)波超聲探傷(shang)儀
這種儀(yi)器發射(she)的超聲波是(shi)周期(qi)性(xing)連(lian)續且頻率(lv)周期(qi)性(xing)變化的超聲波，主要是(shi)觀察發射(she)波與(yu)回波的變化，判斷(duan)工件中有無(wu)缺陷。但其局限性(xing)是(shi)適(shi)用(yong)于檢測(ce)與(yu)探測(ce)面(mian)平行的缺陷，所以這種儀(yi)器也大多(duo)被(bei)脈沖探傷(shang)儀(yi)器取代。
二、按缺陷顯示方式分類
1. A型顯示(shi)
A型顯示探傷儀反(fan)饋的(de)(de)是(shi)波形，它顯示的(de)(de)是(shi)超聲(sheng)波回波的(de)(de)位(wei)(wei)置與幅(fu)度(du)，回波的(de)(de)位(wei)(wei)置反(fan)映(ying)的(de)(de)是(shi)超聲(sheng)波的(de)(de)傳播時(shi)間，幅(fu)度(du)則是(shi)體現出(chu)了缺陷的(de)(de)特性。
2. B型顯示
B型顯示探傷(shang)儀(yi)反饋的是(shi)圖像，探傷(shang)儀(yi)沿熒光屏橫坐標方向(xiang)機械掃描形成探頭(tou)的掃查軌(gui)跡，沿縱坐標方向(xiang)反饋處回(hui)波的時間（或距離），這樣就可以(yi)直觀地表示出處于(yu)某一(yi)縱面上的缺陷。
3. C型顯示
C型(xing)顯(xian)示探(tan)傷(shang)儀反饋的(de)也是圖像，探(tan)傷(shang)儀在(zai)(zai)橫坐標和縱坐標方向都是機械掃描來(lai)代表(biao)探(tan)頭在(zai)(zai)工作表(biao)面的(de)位置。光點輝度表(biao)示探(tan)頭接收信號幅度，所(suo)以當探(tan)頭在(zai)(zai)工件表(biao)面移動反饋在(zai)(zai)熒光屏上便顯(xian)示出(chu)工件內(nei)部缺陷的(de)平面圖像，但不能顯(xian)示缺陷深度。
A型、B型、C型三種顯示分別(bie)如圖3.17所示。
三、按超聲波(bo)的(de)通道分(fen)類
1. 單(dan)通道(dao)探傷儀
這種儀器在(zai)目前的超(chao)聲波檢測(ce)中應用比較廣泛，一(yi)般(ban)是使用一(yi)個探頭或一(yi)對(dui)探頭。
2. 多(duo)通道探傷儀
在某些場合中，單一的探頭接收的回波信(xin)息較少(shao)，所(suo)以采用多個(ge)或多對探頭同時工作，通常應用于自動化(hua)檢測(ce)。
四、按工作制式分類(lei)
1. 模擬式超聲探傷儀
a. A型(xing)脈沖反射式超聲(sheng)波探(tan)傷儀
A型(xing)脈沖反射式超聲波探傷設備(bei)主要(yao)包(bao)含同步(bu)電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)、發射電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)、接(jie)收放大電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)、掃(sao)描電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)、顯(xian)示電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)和電(dian)(dian)(dian)源(yuan)電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)等(deng)主要(yao)電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)，其(qi)次有延(yan)時電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)、報警(jing)電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)、深度(du)補償電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)、標記(ji)電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)、跟蹤及記(ji)錄等(deng)附加裝置組成。電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)框圖(tu)如(ru)圖(tu)3.18所(suo)示。
工作原(yuan)理：電(dian)(dian)(dian)路接(jie)通后(hou)，同(tong)步電(dian)(dian)(dian)路產(chan)(chan)生周期(qi)性同(tong)步脈沖(chong)信(xin)(xin)號，一方面(mian)同(tong)步脈沖(chong)觸發掃描發生器產(chan)(chan)生線(xian)(xian)性的(de)鋸齒(chi)波(bo)，經掃描放大(da)加到(dao)示(shi)波(bo)管水平（x軸）偏轉板(ban)上，產(chan)(chan)生一個從(cong)左到(dao)右的(de)水平掃描線(xian)(xian)，即時基線(xian)(xian)。另(ling)一方面(mian)觸發發射(she)(she)電(dian)(dian)(dian)路產(chan)(chan)生高頻脈沖(chong)并作用(yong)于探(tan)頭(tou)，通過探(tan)頭(tou)的(de)逆(ni)壓(ya)電(dian)(dian)(dian)效應將信(xin)(xin)號轉換(huan)為聲(sheng)信(xin)(xin)號，發射(she)(she)超(chao)聲(sheng)波(bo)。超(chao)聲(sheng)波(bo)在傳播(bo)過程中遇到(dao)異質界面(mian)（缺陷(xian)或底(di)面(mian)）產(chan)(chan)生反射(she)(she)，反射(she)(she)的(de)回波(bo)由探(tan)頭(tou)接(jie)收。通過探(tan)頭(tou)的(de)正壓(ya)電(dian)(dian)(dian)效應將聲(sheng)信(xin)(xin)號轉換(huan)為電(dian)(dian)(dian)信(xin)(xin)號送至放大(da)電(dian)(dian)(dian)路被放大(da)、檢波(bo)，信(xin)(xin)號電(dian)(dian)(dian)壓(ya)加到(dao)示(shi)波(bo)管的(de)垂(chui)直（y軸）偏轉板(ban)上，使(shi)電(dian)(dian)(dian)子束發生垂(chui)直偏轉，在水平掃描的(de)相應位置上產(chan)(chan)生缺陷(xian)的(de)回波(bo)和底(di)面(mian)波(bo)。
b. B型顯示超(chao)聲(sheng)波探傷儀(yi)
工作原理：同步電路產生脈(mo)沖信號觸發探(tan)(tan)頭(tou)發射(she)超聲(sheng)波(bo)(bo)信號，同時也觸發y掃描(miao)電路，并將鋸齒(chi)波(bo)(bo)電壓(ya)施加在(zai)示(shi)波(bo)(bo)管y軸偏轉板(ban)上(shang)。施加在(zai)x軸偏轉板(ban)上(shang)的是隨(sui)探(tan)(tan)頭(tou)位(wei)置變化(hua)而變化(hua)的直流電壓(ya)，當探(tan)(tan)頭(tou)在(zai)工件上(shang)沿直線(xian)移動時，在(zai)顯示(shi)器上(shang)顯示(shi)出沿探(tan)(tan)頭(tou)掃描(miao)線(xian)所處的截面上(shang)的前后表面，內部反射(she)界面的位(wei)置、取向及深(shen)度。電路框圖如圖3.19所示(shi)。
c. C型顯示(shi)超聲探(tan)傷(shang)儀
C型(xing)顯示(shi)超聲波探(tan)傷(shang)儀(yi)一般(ban)由同步、發(fa)射、放(fang)大、與門、閘門、平面顯示(shi)器(qi)與機械同步組成(cheng)，如圖3.20所示(shi)。
工(gong)(gong)作原理(li)：同步電(dian)(dian)(dian)路產生(sheng)同步脈沖信號激勵換能器產生(sheng)超聲波(bo)(bo)信號，傳遞到工(gong)(gong)件中，并(bing)同時觸發閘門電(dian)(dian)(dian)路以(yi)獲得閘門信號。示(shi)波(bo)(bo)管的(de)橫縱坐(zuo)標(biao)(biao)(biao)分(fen)別表示(shi)工(gong)(gong)件探(tan)測面(mian)上(shang)的(de)相(xiang)(xiang)應(ying)的(de)橫坐(zuo)標(biao)(biao)(biao)和縱坐(zuo)標(biao)(biao)(biao)。電(dian)(dian)(dian)位器x和y的(de)直(zhi)流電(dian)(dian)(dian)壓分(fen)別作用于控制示(shi)波(bo)(bo)管的(de)水(shui)平(ping)和垂(chui)直(zhi)偏轉板。機械(xie)同步將探(tan)頭與兩個電(dian)(dian)(dian)位器實現聯動。探(tan)頭移動時，把移動的(de)X分(fen)量與Y分(fen)量分(fen)別施加在水(shui)平(ping)和垂(chui)直(zhi)偏轉板，偏轉板電(dian)(dian)(dian)壓發生(sheng)相(xiang)(xiang)應(ying)變化，使屏幕(mu)上(shang)的(de)坐(zuo)標(biao)(biao)(biao)與工(gong)(gong)件探(tan)測面(mian)上(shang)的(de)坐(zuo)標(biao)(biao)(biao)相(xiang)(xiang)對應(ying)。
d. 模擬式超聲(sheng)波(bo)探傷(shang)儀的構成及(ji)其功能(neng)
模(mo)擬式(shi)超聲波探傷儀的電(dian)路框圖如圖3.21所示。
（1)組成部分及其作用
①. 超聲波探(tan)傷儀的協調(diao)中心(xin)是同步電路，它決定(ding)著激勵信號的重(zhong)復頻率。
②. 發射電路主要(yao)作(zuo)用(yong)是產生(sheng)高壓脈沖(chong)作(zuo)用(yong)于超聲波換能器產生(sheng)超聲波。
③. 掃(sao)描(miao)電路使(shi)顯示(shi)屏上出現條明亮的(de)時基(ji)線(xian)，也就是時間軸和水平掃(sao)描(miao)線(xian)。它(ta)控制著(zhu)掃(sao)描(miao)速度，決定(ding)著(zhu)儀器的(de)檢(jian)測范圍。
④. 接收(shou)放(fang)大(da)電(dian)路(lu)將探(tan)頭產生的微弱(ruo)回(hui)波信(xin)號電(dian)壓放(fang)大(da)到顯示(shi)屏的縱坐(zuo)標方向，以顯示(shi)工作電(dian)壓。它控(kong)制著儀(yi)器的增益和衰減。
（2)各主要開關和旋鈕的作用及(ji)其(qi)調整方法。
在模擬式超聲(sheng)波探傷儀面板上，合理選用開(kai)關和按(an)鈕(niu)可(ke)以(yi)實現不同的功能。各主要開(kai)關和旋(xuan)鈕(niu)的作(zuo)用及(ji)其(qi)調整方(fang)法如(ru)下：
①. 工作方式選擇旋鈕(niu)
發(fa)(fa)射探(tan)頭和(he)接收(shou)探(tan)頭分(fen)別連接到發(fa)(fa)射插(cha)座(zuo)和(he)接收(shou)插(cha)座(zuo)，工(gong)作方式選擇(ze)旋鈕的作用是選擇(ze)檢測方式，即“雙探(tan)”或“單探(tan)”方式。當選擇(ze)“雙探(tan)”時(shi)，兩個(ge)(ge)探(tan)頭的工(gong)作模式為一(yi)發(fa)(fa)一(yi)收(shou)。當選擇(ze)“單探(tan)”時(shi)，發(fa)(fa)射插(cha)座(zuo)和(he)接收(shou)插(cha)座(zuo)內部連通，單個(ge)(ge)探(tan)頭自(zi)發(fa)(fa)自(zi)收(shou)。
②. 發射強度旋(xuan)鈕
此(ci)(ci)按鈕(niu)主要改(gai)變激勵脈(mo)沖的強度(du)(du)(du)，增加或者減小(xiao)發射(she)功率(lv)，增大(da)發射(she)強度(du)(du)(du)，有助于提高儀器(qi)靈敏度(du)(du)(du)。但(dan)脈(mo)沖變寬，分辨力差(cha)。因此(ci)(ci)，應根據實際情況選擇(ze)合適的發射(she)強度(du)(du)(du)。
③. 增益旋鈕
接(jie)收(shou)信號(hao)幅值可能會非常低，這(zhe)樣不利于信號(hao)分析(xi)，通過調節增(zeng)益旋鈕，可以改(gai)變接(jie)收(shou)放(fang)大(da)器的放(fang)大(da)倍數。使用(yong)時，將(jiang)回波高度(du)精確地(di)調節到某一指定高度(du)，將(jiang)儀(yi)器靈敏度(du)確定以后，在(zai)檢測過程中一般不再調整增(zeng)益旋鈕。
④. 衰減(jian)器(qi)
衰(shuai)減(jian)器可(ke)以調(diao)節(jie)(jie)檢測靈敏(min)度(du)和測量(liang)回(hui)(hui)波(bo)振幅(fu)。用來調(diao)節(jie)(jie)靈敏(min)度(du)時(shi)，衰(shuai)減(jian)讀(du)數大(da)，回(hui)(hui)波(bo)幅(fu)度(du)低；反(fan)之，靈敏(min)度(du)高。用來調(diao)節(jie)(jie)回(hui)(hui)波(bo)振幅(fu)時(shi)，衰(shuai)減(jian)讀(du)數大(da)，回(hui)(hui)波(bo)幅(fu)度(du)高；反(fan)之，回(hui)(hui)波(bo)幅(fu)度(du)低。
⑤. 深度范圍旋鈕
此按鈕主要是調節(jie)顯示在屏(ping)幕上(shang)的檢測(ce)范(fan)圍。可以(yi)將顯示在屏(ping)幕上(shang)的回波(bo)信號間距壓縮或者擴展(zhan)。
⑥. 深度細調旋鈕
深(shen)度(du)細(xi)(xi)調(diao)(diao)旋(xuan)鈕(niu)的(de)作用是(shi)精確調(diao)(diao)整檢測(ce)范圍。調(diao)(diao)節深(shen)度(du)細(xi)(xi)調(diao)(diao)旋(xuan)鈕(niu)，可連續改變掃(sao)描線的(de)掃(sao)描速度(du)，從(cong)而使顯示屏上的(de)回波間(jian)距在一(yi)定范圍內連續變化。調(diao)(diao)整檢測(ce)范圍時，應(ying)先(xian)將深(shen)度(du)粗(cu)調(diao)(diao)旋(xuan)鈕(niu)置于合(he)適的(de)檔級，然后調(diao)(diao)節深(shen)度(du)細(xi)(xi)調(diao)(diao)旋(xuan)鈕(niu)，使反射波的(de)間(jian)距與反射體的(de)距離成一(yi)定比例。
⑦. 延遲(chi)旋鈕
此按鈕(niu)可(ke)以(yi)使顯示(shi)在屏幕上的回(hui)波信號大幅度地左右移(yi)動而不改(gai)變回(hui)波之間(jian)的距(ju)離。調(diao)(diao)節檢測范圍時，先(xian)用深度粗調(diao)(diao)旋鈕(niu)和(he)深度細調(diao)(diao)旋鈕(niu)調(diao)(diao)節好(hao)回(hui)波間(jian)距(ju)，再用延(yan)遲(chi)旋鈕(niu)將反射波調(diao)(diao)至正(zheng)確位置，通過延(yan)遲(chi)旋鈕(niu)進行零位校正(zheng)，使聲程原(yuan)點(dian)與水平刻度的零點(dian)重合。
⑧. 聚焦旋鈕
聚焦(jiao)旋鈕可以調節電子束的粗細程度，可以根據(ju)實際情況調節，使顯示屏波形清晰。
⑨. 水平(ping)旋鈕
水(shui)平旋鈕也稱為零位(wei)調節旋鈕。通(tong)過(guo)調節水(shui)平旋鈕使(shi)掃描線連同回波(bo)一(yi)起左右移動一(yi)段距(ju)(ju)離，回波(bo)之(zhi)間的距(ju)(ju)離不發生改變。
⑩. 重復頻率旋鈕
此按鈕(niu)調(diao)節的是激勵脈(mo)沖的重(zhong)復(fu)頻率，即激勵脈(mo)沖的發射間隔(ge)。當(dang)屏幕上顯示的圖案比較(jiao)暗淡(dan)時，可(ke)以提高(gao)重(zhong)復(fu)頻率，就會(hui)使圖案變(bian)得更加清晰。
?. 垂直(zhi)旋鈕
通過調節垂直旋鈕使掃描(miao)線連同回(hui)波一起上下移動一段距離，回(hui)波之間的距離不(bu)發(fa)生改變。
?. 深度補償開(kai)關
此旋鈕的(de)(de)作用是調節回(hui)波(bo)增益，減小(xiao)相同形狀但(dan)不(bu)同深度的(de)(de)缺陷(xian)的(de)(de)回(hui)波(bo)高(gao)度差(cha)。
2. 數(shu)字式(shi)超聲探(tan)傷儀
數字式超(chao)聲探(tan)傷儀整機(ji)由微處(chu)理器系統同步和控制，由發(fa)射、接(jie)收(shou)、數控放大器單元，數據調(diao)整實時采(cai)集、存儲和分析、處(chu)理單元以及回(hui)波顯示(shi)和打印輸(shu)出等組成。
a. 數(shu)字式超聲(sheng)探(tan)傷(shang)儀(yi)與(yu)模擬式超聲(sheng)探(tan)傷(shang)儀(yi)的異(yi)同點(dian)對(dui)比
①. 基(ji)本組成
如圖3.22所示(shi)為數(shu)字(zi)(zi)式(shi)超(chao)聲(sheng)(sheng)探(tan)傷儀的電(dian)路(lu)框圖，其發射電(dian)路(lu)與(yu)(yu)模(mo)擬(ni)式(shi)超(chao)聲(sheng)(sheng)探(tan)傷儀相同，接收放大(da)電(dian)路(lu)的衰減器(qi)(qi)與(yu)(yu)高頻放大(da)器(qi)(qi)等也與(yu)(yu)模(mo)擬(ni)式(shi)超(chao)聲(sheng)(sheng)探(tan)傷儀相同，信號放大(da)后由A/D轉換器(qi)(qi)轉換成數(shu)字(zi)(zi)信號，輸送(song)到微(wei)處(chu)理(li)器(qi)(qi)進(jin)行(xing)處(chu)理(li)，顯示(shi)器(qi)(qi)進(jin)行(xing)處(chu)理(li)，模(mo)擬(ni)式(shi)超(chao)聲(sheng)(sheng)探(tan)傷儀上的檢波、濾波、抑制等功(gong)能可以(yi)通過對數(shu)字(zi)(zi)信號的處(chu)理(li)來完(wan)成。數(shu)字(zi)(zi)式(shi)儀器(qi)(qi)的顯示(shi)是由微(wei)處(chu)理(li)器(qi)(qi)控制實現逐(zhu)步逐(zhu)點(dian)掃描(miao)，在顯示(shi)器(qi)(qi)上顯示(shi)二維點(dian)陣(zhen)圖。發射電(dian)路(lu)與(yu)(yu)模(mo)數(shu)轉換由微(wei)處(chu)理(li)器(qi)(qi)協調(diao)各部分(fen)的工作，不再需要同步電(dian)路(lu)。
②. 儀(yi)器功(gong)能(neng)
數字式超(chao)聲(sheng)探傷儀(yi)的(de)基本功(gong)能與(yu)模擬式超(chao)聲(sheng)探傷儀(yi)相同(tong)，各部分功(gong)能的(de)控制(zhi)方(fang)式不同(tong)。模擬式超(chao)聲(sheng)探傷儀(yi)直接通過開關對儀(yi)器的(de)電路進(jin)行調整(zheng)；數字式超(chao)聲(sheng)探傷儀(yi)采用人機對話，將控制(zhi)數據輸人微處(chu)理器，由微處(chu)理器控制(zhi)各電路的(de)工作，有利于自動檢查(cha)。
③. 儀器(qi)性(xing)能
兩(liang)類儀器的(de)(de)發射(she)電路、接收(shou)電路相同，因此(ci)儀器的(de)(de)靈敏度、分(fen)辨率(lv)基本相同。差別主要是信號的(de)(de)模數(shu)轉換、處理及顯示部分(fen)，這部分(fen)功能直接影響(xiang)對缺陷的(de)(de)判斷(duan)。
b. 數字式超聲探傷儀(yi)的優缺點
①. 優(you)點
接收信(xin)號(hao)數(shu)字(zi)化(hua)(hua)，使(shi)超聲信(xin)號(hao)的(de)(de)存儲、記錄、再現、處理、分析都很方便(bian)，可(ke)以使(shi)超聲信(xin)號(hao)永(yong)久(jiu)記錄，使(shi)檢測過程中重現更(geng)方便(bian)，同時也能(neng)(neng)從超聲信(xin)號(hao)中得到更(geng)多的(de)(de)量化(hua)(hua)信(xin)息；顯示器不需要傳(chuan)統(tong)的(de)(de)示波器，使(shi)得儀器更(geng)便(bian)于小型化(hua)(hua)；軟件功(gong)能(neng)(neng)可(ke)以擴(kuo)展，有(you)利于滿(man)足不同使(shi)用場(chang)合的(de)(de)要求；為(wei)自動檢測系統(tong)的(de)(de)實現提供條件。
②. 缺點(dian)
模數轉換器的(de)采樣頻率、數據(ju)長度、顯示器的(de)分辨率等(deng)直(zhi)接(jie)影響(xiang)信號的(de)質量(liang)，如果信號失真(zhen)，會(hui)造成漏檢(jian)誤(wu)檢(jian)等(deng)，因(yin)此在使用過程中應引起重視(shi)。
