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高技术指标分隔式双晶聚焦探头在南昌市立新电子器件有限公司研制成功
2018/4/3 阅读次数:970

超声波传感器传统技术正在逐渐被超声相控阵技术广泛地替代,但双晶聚焦探头却是例外,且由于其独特性而越来越多地在无损检测领域显示其重要的应用价值。目前,分隔式双晶聚焦探头在南昌市立新电子器件有限公司研制成功。


衡量双晶聚焦探头最主要的技术指标有:

(1)、距离-波幅曲线或DAC曲线。

其中所包含的数据几乎就是这个探头的“晴雨表”,是最能体现传感器设计水平的一个最重要的技术指标。国家标准要求在所检测范围内灵敏度波动不超过6dB,例如钢板,最低要求从3mm到20mm的范围,但国内有的企业希望能扩大范围从3mm到50mm的灵敏度波动不超过6dB,尽管国内外都做不到。南昌立新可以达到2.5mm到50mm,以及1.5mm到35mm。因此有的用另一指标来替代,要求测试2mm和60mm厚度时,灵敏度相差不超过10dB。由于我们巨大的技术优势,所以灵敏度只相差3dB左右。由于这个“波动率”指标极其重要且有着极大的现实意义,国标的要求也把其放在首位。

(2)”表面回波高度”(也称表面泄露波高度、串扰)。

与焦距厚度的底波高度h相比,释放一定dB值之后,表面回波也达到同样的h高度。这里用“信噪比”可能更容易理解,即信号比噪声要高多少dB。只不过噪声的表现是无规则的,而表面波高度是有规则的。如果这个指标不好,(1)中的指标再好,也将极大地损害它的“光辉形象”。因为,在表面泄露波之处,很可能会淹没真实的缺陷回波信号。如果对距离-波幅曲线提出如上要求,那就会出现“表面回波高度”达不到大于40dB要求,“距离-波幅曲线”也达不到要求。如果不对“距离-波幅曲线”提出如上要求,那么有的能够达到“表面波高度”40dB甚至更高。南昌立新能够同时达到并超过上述要求。

其实,“表面回波高度”或者“串扰”的叫法,本人认为值得商榷,这几乎是一个误会,因此这个指标仅是表象、形象概念的产物。它既不是“信噪比”也不是什么“表面波高度”、“表面泄露波”、“串扰”等。但要说清说透,恐怕得专门撰写论文了。

(3)、盲区。

是指在被检测对象的极大和极小尺寸的一段区域内,有意义的反射体不能被显示。

我这里用一个定量的方法来定义盲区的概念,可能更具有实际意义,那就是:当缺陷信号波峰到达底波(或参考波)的波峰高度时,缺陷信号的波谷距离屏幕垂直满幅的百分比。一般来说距离上表面很近的小缺陷较易与底波分开,而距离下表面很近的小缺陷(标准人工缺陷)虽然也能勉强显示,但不易与底波分开。这又牵涉到“表面波高度”指标了,由于在显示屏水平轴零点右侧附近存在的固定波,使得盲区不能达到例如靠近表面1.5mm,不可能有效测得此处2mm平底孔缺陷,对于底部同样的缺陷,更不可能分辨和有效测得,即使是3mm平底孔,如果不被表面泄露波吞噬也会被噪声淹没而难于分辨。

可见:“波动率”、“表面泄露波”、“盲区”、“信噪比”,是“好事互不沾光,坏事相互株连”。

(4)、信噪比-仪器设备获得来自于探头的电信号,同时外界通过探头传递给仪器设备干扰噪声,此二者量值之比为“信噪比”。具体示例:有一检测样本,距离表面2mm处有一直径3mm平底孔,孔底反射波幅比噪声波幅高10dB以上,可以认为是一个合格的指标,近表面小缺陷不易被杂波干扰和淹没。假如能在此基础上提高两三个dB也是非常不容易的,而南昌立新可以达到16dB。当然前提是上述所有指标不降低,否则单个的指标再好也都失去意义。

(5)、检出灵敏度。

以适当的置信度对被测对象的等量缺陷提供基础保障,是对扫查灵敏度的有利因素。由于检出灵敏度被限制在一个很小的范围之内,所以这也是对DAC曲线、焦柱的宽度和长度间接地提出了比较苛刻的要求。。在一个标准试块上测得的底波与孔波之差,南昌立新可规范在10dB正负2dB范围之内,这样严苛的要求也会挡住相当比例的产品进入合格范围。因为焦柱区域内的声压分布是与其宽度和长度存在负相关关系。但也有的用户只要求不大于某个dB值,这样的适当改变也有其合理性。

(6)、中心频率和相对带宽。

之所以列出这一条,是因为这个数据不象其它探头那样轻易测得,我了解的情况是要么给不出来要么给出来的不准确。这是一个有困难的实验技术问题。

(7)、与上述六个技术指标相比,双晶探头下述六个技术指标,无论是设计还是制造工艺再到实验技术,都属于一般性的技术活。如:“脉冲宽度”、“相对脉冲回波灵敏度”、“灵敏度余量”、“阻抗”、“焦距”、“有效波束宽度(这里指大于20mm)”。(这些技术指标的测试方法可参考我在2017年11月8号发到朋友圈里的:“铁路行业技术标准与规程中超声波探头技术指标的测试”)。


在国际上,美、欧代表了当今传感器领域的最高水平,就双晶探头而言,欧美与我国相比,从事高端制造业的工作量恐怕要少的多,他们采用DGS(或AVG)曲线法。我国参考日本标准采用DAC曲线法,这并无优劣之分只是各自针对本国具体情况的选择。如果欧美日达不到某些关键指标,一定会有人认为:如果西方没有的,那绝对是人家根本不想那么去做。当然这只是对国货不自信的凭空想象。

我国内企业不仅仅是“距离-波幅曲线”指标属于世界领先而是全面性的世界领先。如果不对“波动率”提出上述要求,“表面波高度”指标能够达到难以置信的60dB,几乎与有的灵敏度指标处在同一个数量级了。这意味着“表面波高度”这个指表已经没有意义,而国内目前还普遍处于30级别,只是少数能达到40级别,象50和60级别的,那已经隔一两代了。这为此项检测仪显示屏的“清净世界”扫除了一个最大的障碍,从而为开启“向零盲区无限接近”的研究之门提供可能。

                              南昌市立新电子器件有限公司

 

 
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