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、 按照超聲波的連續性分類
1. 脈沖(chong)波超聲(sheng)探傷儀
這(zhe)種儀(yi)器主要(yao)是通過周期性(xing)的發射不連續(xu)的脈沖波來(lai)激勵換能器產(chan)生超(chao)聲波，根據(ju)超(chao)聲波的傳播速(su)度或者回波的幅值(zhi)等(deng)特(te)性(xing)判斷工件中是否有缺陷，這(zhe)是目前(qian)最(zui)常用的探傷儀(yi)模(mo)式。
2. 連續波(bo)超(chao)聲探(tan)傷儀(yi)
這種(zhong)儀(yi)(yi)器探頭向工件發射連續且(qie)頻率不(bu)(bu)變的超聲(sheng)(sheng)波(bo)(bo)，主要(yao)是通過觀察透過工件的超聲(sheng)(sheng)波(bo)(bo)強度(du)的變化來(lai)判斷工件中是否有缺陷(xian)。這種(zhong)儀(yi)(yi)器通常情況下靈敏度(du)低(di)，而且(qie)難以(yi)確定缺陷(xian)位置(zhi)，大多被脈沖(chong)探傷儀(yi)(yi)器取代，不(bu)(bu)過仍舊應用在超聲(sheng)(sheng)波(bo)(bo)顯像及超聲(sheng)(sheng)波(bo)(bo)共(gong)振測厚等方(fang)面。
3. 調頻波超聲探傷儀
這種儀器(qi)(qi)發(fa)射的(de)超聲(sheng)波是周(zhou)期(qi)性連(lian)續(xu)且頻率周(zhou)期(qi)性變化的(de)超聲(sheng)波，主(zhu)要是觀察發(fa)射波與(yu)回波的(de)變化，判斷工件中(zhong)有(you)無(wu)缺陷。但其(qi)局限性是適(shi)用(yong)于檢測(ce)與(yu)探測(ce)面平行的(de)缺陷，所(suo)以這種儀器(qi)(qi)也(ye)大多被脈沖(chong)探傷儀器(qi)(qi)取代。
二、按缺陷顯示方式分(fen)類(lei)
1. A型顯示
A型顯示(shi)探(tan)傷儀反(fan)饋(kui)的(de)是(shi)波(bo)形，它顯示(shi)的(de)是(shi)超聲波(bo)回波(bo)的(de)位置與幅(fu)度(du)，回波(bo)的(de)位置反(fan)映(ying)的(de)是(shi)超聲波(bo)的(de)傳播時間(jian)，幅(fu)度(du)則是(shi)體(ti)現出了缺陷的(de)特性(xing)。
2. B型顯示
B型(xing)顯示探傷(shang)儀反饋的是圖像，探傷(shang)儀沿熒光屏橫坐(zuo)標(biao)(biao)方向機械掃描(miao)形成探頭的掃查(cha)軌跡，沿縱坐(zuo)標(biao)(biao)方向反饋處(chu)回波的時(shi)間（或距離），這樣就可以(yi)直觀地表示出處(chu)于某一縱面上的缺陷。
3. C型顯示
C型顯示(shi)探傷儀反(fan)饋的(de)也(ye)是圖(tu)像，探傷儀在(zai)橫坐(zuo)標和縱坐(zuo)標方向都是機械掃描來代表(biao)探頭在(zai)工(gong)作表(biao)面的(de)位置。光點輝度表(biao)示(shi)探頭接收信號幅度，所(suo)以當探頭在(zai)工(gong)件表(biao)面移動(dong)反(fan)饋在(zai)熒(ying)光屏上便(bian)顯示(shi)出工(gong)件內(nei)部缺陷的(de)平面圖(tu)像，但(dan)不能顯示(shi)缺陷深(shen)度。
A型、B型、C型三(san)種顯(xian)示分(fen)別如圖(tu)3.17所示。
三(san)、按(an)超聲波的(de)通(tong)道(dao)分類
1. 單通道(dao)探(tan)傷儀
這(zhe)種儀器在目前的超(chao)聲波檢測中應(ying)用(yong)比(bi)較廣泛，一(yi)(yi)般是使用(yong)一(yi)(yi)個探(tan)(tan)頭或一(yi)(yi)對探(tan)(tan)頭。
2. 多(duo)通道探(tan)傷(shang)儀
在某(mou)些場合(he)中，單一的(de)探頭(tou)接收的(de)回(hui)波信(xin)息較少(shao)，所以采用多個(ge)或多對探頭(tou)同(tong)時工作，通常應用于自動化檢(jian)測。
四、按(an)工作制式分類
1. 模擬(ni)式超聲探傷儀
a. A型脈沖反射(she)式超(chao)聲波探傷儀
A型脈沖反射(she)式超聲波探傷設備(bei)主要(yao)包含同步電(dian)(dian)路(lu)、發射(she)電(dian)(dian)路(lu)、接收放大(da)電(dian)(dian)路(lu)、掃(sao)描(miao)電(dian)(dian)路(lu)、顯(xian)示(shi)電(dian)(dian)路(lu)和電(dian)(dian)源(yuan)電(dian)(dian)路(lu)等(deng)主要(yao)電(dian)(dian)路(lu)，其次有延(yan)時電(dian)(dian)路(lu)、報(bao)警電(dian)(dian)路(lu)、深度補償電(dian)(dian)路(lu)、標記電(dian)(dian)路(lu)、跟蹤及記錄(lu)等(deng)附加(jia)裝置組成。電(dian)(dian)路(lu)框圖(tu)(tu)如(ru)圖(tu)(tu)3.18所示(shi)。
工(gong)作原理：電(dian)路接通(tong)后，同(tong)步(bu)(bu)電(dian)路產(chan)生(sheng)周(zhou)期性同(tong)步(bu)(bu)脈沖(chong)信(xin)號(hao)，一方面同(tong)步(bu)(bu)脈沖(chong)觸發(fa)掃描發(fa)生(sheng)器產(chan)生(sheng)線性的(de)(de)(de)鋸齒波(bo)(bo)(bo)，經掃描放大(da)加到(dao)示波(bo)(bo)(bo)管水平(ping)（x軸）偏(pian)轉(zhuan)板(ban)上(shang)(shang)，產(chan)生(sheng)一個(ge)從(cong)左到(dao)右的(de)(de)(de)水平(ping)掃描線，即時(shi)基線。另一方面觸發(fa)發(fa)射(she)電(dian)路產(chan)生(sheng)高頻(pin)脈沖(chong)并作用于探(tan)(tan)頭(tou)，通(tong)過探(tan)(tan)頭(tou)的(de)(de)(de)逆壓電(dian)效(xiao)(xiao)應(ying)將信(xin)號(hao)轉(zhuan)換(huan)為聲信(xin)號(hao)，發(fa)射(she)超聲波(bo)(bo)(bo)。超聲波(bo)(bo)(bo)在傳(chuan)播過程中遇(yu)到(dao)異質界面（缺陷或底面）產(chan)生(sheng)反(fan)射(she)，反(fan)射(she)的(de)(de)(de)回波(bo)(bo)(bo)由探(tan)(tan)頭(tou)接收。通(tong)過探(tan)(tan)頭(tou)的(de)(de)(de)正(zheng)壓電(dian)效(xiao)(xiao)應(ying)將聲信(xin)號(hao)轉(zhuan)換(huan)為電(dian)信(xin)號(hao)送至放大(da)電(dian)路被放大(da)、檢波(bo)(bo)(bo)，信(xin)號(hao)電(dian)壓加到(dao)示波(bo)(bo)(bo)管的(de)(de)(de)垂直(zhi)(zhi)（y軸）偏(pian)轉(zhuan)板(ban)上(shang)(shang)，使電(dian)子束發(fa)生(sheng)垂直(zhi)(zhi)偏(pian)轉(zhuan)，在水平(ping)掃描的(de)(de)(de)相應(ying)位(wei)置上(shang)(shang)產(chan)生(sheng)缺陷的(de)(de)(de)回波(bo)(bo)(bo)和底面波(bo)(bo)(bo)。
b. B型(xing)顯(xian)示超聲波探傷儀
工作原(yuan)理(li)：同(tong)步電(dian)路產生脈沖(chong)信(xin)號(hao)觸發探頭(tou)(tou)發射(she)超(chao)聲波(bo)信(xin)號(hao)，同(tong)時(shi)也觸發y掃(sao)描(miao)電(dian)路，并(bing)將鋸齒(chi)波(bo)電(dian)壓施加在(zai)示波(bo)管(guan)y軸(zhou)偏轉板(ban)上(shang)。施加在(zai)x軸(zhou)偏轉板(ban)上(shang)的(de)是隨探頭(tou)(tou)位(wei)置變化而變化的(de)直(zhi)流電(dian)壓，當探頭(tou)(tou)在(zai)工件上(shang)沿直(zhi)線移(yi)動時(shi)，在(zai)顯示器上(shang)顯示出沿探頭(tou)(tou)掃(sao)描(miao)線所處的(de)截面(mian)上(shang)的(de)前后表面(mian)，內部(bu)反(fan)射(she)界面(mian)的(de)位(wei)置、取向及深度。電(dian)路框圖(tu)如圖(tu)3.19所示。
c. C型顯示(shi)超聲探傷(shang)儀
C型顯示(shi)超聲波探傷儀一(yi)般由同步、發(fa)射、放大、與門(men)、閘門(men)、平面顯示(shi)器與機械同步組成，如圖(tu)3.20所(suo)示(shi)。
工(gong)作原理：同步電路產生同步脈沖信(xin)號激勵(li)換能器產生超聲波(bo)信(xin)號，傳遞到工(gong)件(jian)(jian)(jian)中，并同時(shi)觸發閘門電路以獲得(de)閘門信(xin)號。示(shi)波(bo)管的橫(heng)縱坐(zuo)標分(fen)(fen)別(bie)表示(shi)工(gong)件(jian)(jian)(jian)探測(ce)面上的相應的橫(heng)坐(zuo)標和(he)縱坐(zuo)標。電位器x和(he)y的直(zhi)流(liu)電壓(ya)分(fen)(fen)別(bie)作用于控制示(shi)波(bo)管的水平和(he)垂直(zhi)偏轉板(ban)。機械同步將探頭(tou)與兩(liang)個電位器實(shi)現聯動。探頭(tou)移(yi)動時(shi)，把移(yi)動的X分(fen)(fen)量與Y分(fen)(fen)量分(fen)(fen)別(bie)施(shi)加在水平和(he)垂直(zhi)偏轉板(ban)，偏轉板(ban)電壓(ya)發生相應變化，使屏幕上的坐(zuo)標與工(gong)件(jian)(jian)(jian)探測(ce)面上的坐(zuo)標相對應。
d. 模擬式超聲波探傷儀的(de)構成及其功能
模擬式超(chao)聲波探傷儀的電路(lu)框圖如圖3.21所示。
（1)組成(cheng)部(bu)分及其作用
①. 超聲波探(tan)傷儀的協調中心是同步(bu)電路，它決(jue)定著激勵(li)信(xin)號的重(zhong)復(fu)頻(pin)率。
②. 發射電路主要作用是產生高壓脈沖作用于(yu)超聲(sheng)波換(huan)能(neng)器(qi)產生超聲(sheng)波。
③. 掃(sao)描電路使(shi)顯(xian)示屏上出現條明亮(liang)的(de)(de)時基線，也就是時間(jian)軸和水平掃(sao)描線。它控制(zhi)著掃(sao)描速度，決定著儀(yi)器(qi)的(de)(de)檢測范圍(wei)。
④. 接(jie)收放大電路將探頭產(chan)生的(de)微弱回波信(xin)號(hao)電壓(ya)放大到顯示(shi)屏的(de)縱坐標方(fang)向，以顯示(shi)工作(zuo)電壓(ya)。它控(kong)制著儀器的(de)增益和(he)衰減(jian)。
（2)各主要開(kai)關和(he)旋鈕的作用及其調整方法。
在模擬式超聲(sheng)波(bo)探傷(shang)儀(yi)面板上，合(he)理選(xuan)用開關和按鈕可(ke)以實現(xian)不(bu)同的(de)功能。各主要(yao)開關和旋鈕的(de)作用及其(qi)調(diao)整方法如下：
①. 工作(zuo)方式(shi)選(xuan)擇旋鈕
發(fa)射(she)探(tan)(tan)頭(tou)和(he)(he)接(jie)(jie)收(shou)探(tan)(tan)頭(tou)分別(bie)連接(jie)(jie)到發(fa)射(she)插(cha)座(zuo)和(he)(he)接(jie)(jie)收(shou)插(cha)座(zuo)，工(gong)作方式(shi)選(xuan)擇旋鈕的作用是選(xuan)擇檢測方式(shi)，即“雙(shuang)探(tan)(tan)”或“單探(tan)(tan)”方式(shi)。當選(xuan)擇“雙(shuang)探(tan)(tan)”時，兩個(ge)探(tan)(tan)頭(tou)的工(gong)作模式(shi)為一(yi)發(fa)一(yi)收(shou)。當選(xuan)擇“單探(tan)(tan)”時，發(fa)射(she)插(cha)座(zuo)和(he)(he)接(jie)(jie)收(shou)插(cha)座(zuo)內部連通，單個(ge)探(tan)(tan)頭(tou)自發(fa)自收(shou)。
②. 發(fa)射強度旋鈕
此按鈕主要(yao)改(gai)變激勵脈沖(chong)的強度，增(zeng)加或(huo)者(zhe)減(jian)小發(fa)射(she)功率，增(zeng)大(da)發(fa)射(she)強度，有助于提高儀器靈敏度。但脈沖(chong)變寬(kuan)，分辨力差。因此，應根據實際情況選擇(ze)合適的發(fa)射(she)強度。
③. 增(zeng)益(yi)旋鈕
接收(shou)信號(hao)幅值(zhi)可(ke)能會非常(chang)低，這樣不利于(yu)信號(hao)分析，通(tong)過調(diao)節(jie)(jie)增益(yi)旋鈕(niu)，可(ke)以改變(bian)接收(shou)放大(da)器的(de)放大(da)倍數。使用時，將回波(bo)高(gao)(gao)度(du)精確(que)地調(diao)節(jie)(jie)到某一指定(ding)高(gao)(gao)度(du)，將儀器靈敏度(du)確(que)定(ding)以后，在檢測過程中一般不再調(diao)整增益(yi)旋鈕(niu)。
④. 衰減(jian)器
衰減(jian)器可(ke)以調(diao)節(jie)檢測靈敏(min)度(du)和測量回(hui)波(bo)振幅(fu)(fu)。用(yong)來調(diao)節(jie)靈敏(min)度(du)時，衰減(jian)讀(du)數大，回(hui)波(bo)幅(fu)(fu)度(du)低；反之(zhi)，靈敏(min)度(du)高(gao)。用(yong)來調(diao)節(jie)回(hui)波(bo)振幅(fu)(fu)時，衰減(jian)讀(du)數大，回(hui)波(bo)幅(fu)(fu)度(du)高(gao)；反之(zhi)，回(hui)波(bo)幅(fu)(fu)度(du)低。
⑤. 深度(du)范圍(wei)旋鈕(niu)
此按鈕主要是調(diao)節顯(xian)示在屏(ping)幕上(shang)的檢測范圍。可以將(jiang)顯(xian)示在屏(ping)幕上(shang)的回波信號間距壓縮或者擴展(zhan)。
⑥. 深度細調(diao)旋鈕
深(shen)度(du)細(xi)調(diao)(diao)(diao)旋鈕(niu)(niu)的(de)作用是精確調(diao)(diao)(diao)整檢(jian)測(ce)范(fan)(fan)圍(wei)(wei)。調(diao)(diao)(diao)節(jie)深(shen)度(du)細(xi)調(diao)(diao)(diao)旋鈕(niu)(niu)，可連續改變(bian)掃描線的(de)掃描速度(du)，從而(er)使(shi)顯示(shi)屏上(shang)的(de)回波(bo)間距(ju)在一定(ding)(ding)范(fan)(fan)圍(wei)(wei)內連續變(bian)化。調(diao)(diao)(diao)整檢(jian)測(ce)范(fan)(fan)圍(wei)(wei)時(shi)，應(ying)先(xian)將深(shen)度(du)粗調(diao)(diao)(diao)旋鈕(niu)(niu)置于合適的(de)檔級(ji)，然后(hou)調(diao)(diao)(diao)節(jie)深(shen)度(du)細(xi)調(diao)(diao)(diao)旋鈕(niu)(niu)，使(shi)反射波(bo)的(de)間距(ju)與(yu)反射體的(de)距(ju)離成一定(ding)(ding)比例。
⑦. 延(yan)遲旋鈕
此(ci)按(an)鈕(niu)可(ke)以使(shi)顯(xian)示(shi)在屏幕上的回波信號大幅度(du)地左(zuo)右(you)移動而不改變回波之間(jian)的距離。調節檢測范圍時，先用深度(du)粗調旋鈕(niu)和深度(du)細調旋鈕(niu)調節好回波間(jian)距，再用延遲旋鈕(niu)將反射波調至正(zheng)確位置(zhi)，通過延遲旋鈕(niu)進(jin)行零位校正(zheng)，使(shi)聲(sheng)程(cheng)原點(dian)與(yu)水平刻度(du)的零點(dian)重合。
⑧. 聚焦(jiao)旋鈕
聚焦旋鈕可以調節電子束的(de)粗細程度，可以根據(ju)實際(ji)情況調節，使顯示屏波形清晰。
⑨. 水平旋鈕
水平旋鈕也(ye)稱為零(ling)位調(diao)節旋鈕。通過調(diao)節水平旋鈕使掃描線連同回波(bo)一(yi)起左右移動(dong)一(yi)段距離(li)，回波(bo)之間(jian)的距離(li)不發生改(gai)變。
⑩. 重復頻率旋(xuan)鈕
此(ci)按鈕(niu)調節的(de)是(shi)激(ji)勵(li)脈(mo)沖(chong)的(de)重復(fu)頻(pin)(pin)率(lv)，即激(ji)勵(li)脈(mo)沖(chong)的(de)發射間隔。當屏(ping)幕上顯(xian)示的(de)圖案(an)比(bi)較暗(an)淡時，可以提高重復(fu)頻(pin)(pin)率(lv)，就會使圖案(an)變得更加(jia)清晰(xi)。
?. 垂(chui)直旋鈕
通過調節垂(chui)直旋(xuan)鈕使掃描線連同(tong)回(hui)波一起上下移動一段距(ju)離，回(hui)波之間的距(ju)離不發生改變(bian)。
?. 深(shen)度(du)補償開關
此(ci)旋鈕(niu)的(de)作(zuo)用(yong)是調節回波增(zeng)益，減小(xiao)相(xiang)同形(xing)狀但不同深度(du)的(de)缺陷的(de)回波高度(du)差(cha)。
2. 數字式超聲(sheng)探傷儀
數字(zi)式超聲探傷儀整機由微處理(li)器系統(tong)同步和(he)控制，由發射、接收(shou)、數控放(fang)大(da)器單(dan)元，數據(ju)調整實時(shi)采集、存儲和(he)分析、處理(li)單(dan)元以及回波顯示(shi)和(he)打印輸出等組成。
a. 數字式超(chao)聲探傷儀(yi)(yi)與模擬式超(chao)聲探傷儀(yi)(yi)的異同點對(dui)比
①. 基本(ben)組成
如圖3.22所示(shi)(shi)為數(shu)(shu)字(zi)式超聲(sheng)(sheng)探傷(shang)儀(yi)的(de)(de)電(dian)路框圖，其發射電(dian)路與模(mo)(mo)擬式超聲(sheng)(sheng)探傷(shang)儀(yi)相同，接收放大(da)電(dian)路的(de)(de)衰減器(qi)(qi)與高頻放大(da)器(qi)(qi)等也與模(mo)(mo)擬式超聲(sheng)(sheng)探傷(shang)儀(yi)相同，信(xin)(xin)(xin)號(hao)放大(da)后由A/D轉(zhuan)換(huan)器(qi)(qi)轉(zhuan)換(huan)成數(shu)(shu)字(zi)信(xin)(xin)(xin)號(hao)，輸(shu)送(song)到(dao)微處(chu)理(li)器(qi)(qi)進行處(chu)理(li)，顯(xian)示(shi)(shi)器(qi)(qi)進行處(chu)理(li)，模(mo)(mo)擬式超聲(sheng)(sheng)探傷(shang)儀(yi)上的(de)(de)檢波、濾波、抑制等功能可以通過對數(shu)(shu)字(zi)信(xin)(xin)(xin)號(hao)的(de)(de)處(chu)理(li)來完成。數(shu)(shu)字(zi)式儀(yi)器(qi)(qi)的(de)(de)顯(xian)示(shi)(shi)是由微處(chu)理(li)器(qi)(qi)控制實(shi)現逐(zhu)(zhu)步逐(zhu)(zhu)點掃描，在顯(xian)示(shi)(shi)器(qi)(qi)上顯(xian)示(shi)(shi)二維點陣(zhen)圖。發射電(dian)路與模(mo)(mo)數(shu)(shu)轉(zhuan)換(huan)由微處(chu)理(li)器(qi)(qi)協調各部分的(de)(de)工作，不(bu)再需要(yao)同步電(dian)路。
②. 儀器功(gong)能
數(shu)字式(shi)(shi)超(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)探(tan)傷儀(yi)的基本功能與模擬式(shi)(shi)超(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)探(tan)傷儀(yi)相同，各部分功能的控制方式(shi)(shi)不同。模擬式(shi)(shi)超(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)探(tan)傷儀(yi)直(zhi)接通過開(kai)關對儀(yi)器的電路進行調整；數(shu)字式(shi)(shi)超(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)探(tan)傷儀(yi)采用人機(ji)對話(hua)，將控制數(shu)據(ju)輸人微(wei)(wei)處理(li)(li)器，由微(wei)(wei)處理(li)(li)器控制各電路的工作(zuo)，有(you)利于自動檢查。
③. 儀器性能
兩類儀(yi)器(qi)的(de)(de)發射電路、接收電路相(xiang)同，因此儀(yi)器(qi)的(de)(de)靈(ling)敏度、分(fen)(fen)(fen)辨率基本(ben)相(xiang)同。差別主要是信號的(de)(de)模數轉換、處理及顯示部分(fen)(fen)(fen)，這部分(fen)(fen)(fen)功能直接影響對缺陷的(de)(de)判斷(duan)。
b. 數字式(shi)超聲探傷儀的優(you)缺(que)點
①. 優(you)點
接收信(xin)(xin)號(hao)數字(zi)化，使(shi)超聲(sheng)(sheng)信(xin)(xin)號(hao)的(de)(de)存(cun)儲、記錄(lu)、再(zai)現(xian)、處理、分析都很方便，可以使(shi)超聲(sheng)(sheng)信(xin)(xin)號(hao)永久記錄(lu)，使(shi)檢(jian)測過程中重現(xian)更方便，同(tong)時也能從超聲(sheng)(sheng)信(xin)(xin)號(hao)中得到更多(duo)的(de)(de)量化信(xin)(xin)息；顯示器(qi)不(bu)需要傳統的(de)(de)示波(bo)器(qi)，使(shi)得儀器(qi)更便于(yu)(yu)小(xiao)型化；軟件功能可以擴展(zhan)，有利于(yu)(yu)滿足不(bu)同(tong)使(shi)用場(chang)合的(de)(de)要求；為自動檢(jian)測系統的(de)(de)實現(xian)提供條件。
②. 缺點
模數轉換(huan)器的(de)采樣頻率(lv)、數據長度(du)、顯示器的(de)分辨(bian)率(lv)等直接影響信(xin)號(hao)的(de)質量，如果信(xin)號(hao)失(shi)真，會造成漏檢誤檢等，因(yin)此在(zai)使用過程(cheng)中應引起重視。
