CN113686974A - 一种超声波探头测试方法、探伤仪、控制电路、存储介质 - Google Patents

一种超声波探头测试方法、探伤仪、控制电路、存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超声波探头测试方法、探伤仪、控制电路、存储介质，包括，灵敏度余量测试，将直探头压在标准试块上，并移动直探头，使平底孔回波达到最大值，并在标准试块上移动直探头，将平底孔的回波高置为50％，并设为增益A；去掉探头增加增益，使噪声电平达10％，设为增益B，灵敏度余量＝A‑B，当灵敏度余量≥55dB，则校准合格；调节仪器的衰减值，使平底孔回波高度降至50％满刻度，记录此时仪器的衰减值的读数为S1，计算超声检测系统灵敏度余量为：S＝S1‑‑S0，若S≥55dB，则测试合格；本发明通过增益差有效的判断出探头的灵敏度，记录的两次增益值，能够准确的计算出灵敏度余量，有效的避免了有效误差带来的灵敏度余量测量不准确的情况。

Description

一种超声波探头测试方法、探伤仪、控制电路、存储介质
技术领域
本发明涉及一种测量技术领域，具体为一种超声波探头测试方法、探伤仪、控制电路、存储介质。
背景技术
探伤仪广泛的应用于电子、建筑等技术领域，探伤探头在探伤过程中的精确度对于工程师而言尤为重要，若探伤探头无法精确的探伤到“伤”的位置，则工程师在后续的补救过程中容易出现失误；
目前的探伤探头重要在使用过程中进行探伤纠正误差的方法，来实现校准和测试探伤探头，往往对灵敏度、水平线性、垂直线性和分辨力等参数的校准和测试不够精确，导致误差值较大，导致在实际使用过程中无法准确的计算出误差值，从而无法实现精确的探伤位置；
现有技术已经不能满足现阶段人们的需求，基于现状，急需对现有技术进行改革。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超声波探头测试方法、探伤仪、控制电路、存储介质，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明提供如下技术方案一种超声波探头测试方法、探伤设备、存储介质，其中，所述探头测试方法包括：灵敏度余量测试、垂直线性误差测试、水平线性测试和分辨力测试；
所述灵敏度余量测试，测试步骤为：
首先，使用2.5MHz且直径为20mm的直探头与探伤仪连接，且将探伤仪的抑制功能置0，且电压调节到最大值，并根据噪声的大小，将探伤仪的增益调制到最大，使得电噪声电平降至10％满刻度，记录此时增益值，并读数为S0；将直探头压在标准试块上，中间加入适当的耦合剂，保持稳定的声耦合，并移动直探头，使平底孔回波达到最大值，并在标准试块上移动直探头，将平底孔的回波高置为50％，并设为增益A；去掉探头增加增益，使噪声电平达10％，设为增益B，灵敏度余量＝A-B，当灵敏度余量≥55dB，则校准合格；调节仪器的衰减值，使平底孔回波高度降至50％满刻度，记录此时仪器的衰减值的读数为S1，计算超声检测系统灵敏度余量为：S＝S1--S0，若S≥55dB，则测试合格；
所述垂直线性误差测试，测试步骤为：
使用2.5MHz，直径为20mm的直探头连接探伤仪，且取消探伤仪的抑制功能，将探头压在试块上，采用压块压住探头，以保证稳定的声耦合，且中间加适当耦合剂，以保持稳定的声耦合，并将平底孔的回波调至屏幕时基线的位置；调整增益或探头位置，使平底孔的回波高度恰好为100％满刻度，此时增益至少达到30dB的衰减余量；在垂直线性误差测试前先对其校准，在标准试块上移动直探头，将200mm深直径为2mm平底孔的回波高置为100％，增益依次减2dB，每次波高与理论的误差值得到垂直线性误差，垂直线性＝多次记录的误差最大值，当垂直线性≤4％，校准合格；以每次2dB的增量调节仪器的衰减值，每次调节后用满刻度的百分数调节回波幅度，一直继续到衰减值为26dB，测量准确度为0.1％，取最大正偏差d+与最大负偏差d-，则垂直线性误差△d计算公式为：△d＝|d+|+|d-|，当△d≤4％，则测试合格；
所述水平线性测试，测试步骤为：
使用2.5MHz，直径为20mm直探头，将直探头置于试块上，在直探头与试块中间加适当的耦合剂，以保持稳定的声耦合，并调节探伤仪的增益和扫描控制器，直到使屏幕上显示出6次底波：B1、B2、B3、B4、B5和B6；对水平线性测试前先进行校准，将声程设置为试块厚度的6倍，使试块的回波在屏幕中依次出现在1，2，3，4，5，6格，依次获取6次回波位置，并计算水平线性，其中，水平线性＝六次的最大误差值÷声程，当水平线性≤1％，校准合格；
计算公式为：
L误差＝|L实际-L理论|；
再将底波B1和B6的幅度分别为50％满刻度时，反复进行调整B1和B6的前沿位置，确保二者在调整中互不影响，将它们的前沿分别对准刻度0和100；依次分别将底波B2、B3、B4和B5调整到50％满刻度，并分别读数底波B2、B3、B4和B5的前沿与刻度20、40、60和80的偏差a2、a3、a4和a5，然后取其中最大的偏差值，通过水平线性误差ΔL由公式得出：
ΔL＝|αmax|％；
合格判据：ΔL≤1％，测试合格；
所述分辨力测试；测试步骤为：
使用2.5MHz、直径为20mm直探头连接探伤仪，并将探伤仪抑制置零或关闭，连接探头并置于标准试块上，移动探头使两波等高，探测声程分别为80mm到90mm反射面的任意两个反射波，对分辨力测试前进行校准，在标准试块上移动直探头，当80mm到90mm任意两处的回波波峰等高，将波峰调至50％设为增益A，稳住探头后将两处波谷调至50％，设为增益B，分辨力＝A-B，合格判据：分辨力≥30dB，校准合格；改变灵敏度使两次波辐同时达到满辐度的100％，然后测量波谷高度h，则该探头的分辨力R用公式：
R＝20lg(100/h)；
计算，当h＝0或两波能完全分开，则取R>30dB，合格判据：R≥30dB，测量合格。
本发明还公开了一种探伤仪，设有操作面板，所述操作面板上设有：
用于增加或减少增益梯度的增益调节键，在每次增加或减少增益时，用该增益调节键调节增益的幅度和大小；用于降低杂波水平的抑制功能键，该抑制功能键用于连接探头后将仪器的抑制值设置为0，取消仪器的抑制功能；用于调整探头频率参数的探头参数键，该按键用于查看探头频率与探头阻尼的探头参数，还用于测量方法中调节探头的波高参数，连接探头后，移动探头使两波等高，实现分辨力的测量。
优选的，探伤仪具有四个增益调节档位步长，分别为：0.2、1.5、3、4.5和8，分别表示调节步长按照0.2db、1.5db、3db、4.5db和8db进行增减，选择不同的增益调节档位步长，能够更快更准确的调节仪器的增益。
本发明还公开了一种控制电路，设置于探伤仪仪器内部，耦接探伤仪的操作面板，包括：增益放大器、第一可编程增益放大器、第二可编程增益放大器、ADC和FPGA；
优选的，所述增益放大器将输入端的超声波接收回路反射信号转换为差分增益信号输出至可编程增益放大器，能够抑制超声波信号的干扰噪声；
优选的，所述第一可编程增益放大器和第二可编程增益放大器的增益可调节范围在-20db到30db之间，所述ADC通过耦接FPGA，并把超声波反射回来的的模拟信号转换成数字信号传输给FPGA处理。
本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时上述探头测试方法的步骤。
附图说明
图1为本发明探头测试方法的示意图；
图2为本发明探头测试方法的灵敏度测试的结构示意图；
图3为本发明探头测试方法的垂直线性测试的结构示意图；
图4为本发明探头测试方法的水平线性测试的结构示意图；
图5为本发明探头测试方法的分辨力测试的结构示意图；
图6为本发明探伤仪的结构示意图；
图7为本发明控制电路的结构示意图；
图8为本发明控制电路的增益放大器电路图；
图9为本发明控制电路的第一可编程增益放大器和第一可编程增益放大器电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一方面，参考图1，本发明公开了一种超声波探头测试方法，包括如下测试步骤：
再参考图2，对S001：灵敏度余量测试包括：
a)使用2.5MHz且直径为20mm直探头和CS-1-5或DB-PZ20-2型标准试块；
b)将直探头与探伤仪连接，且将探伤仪的抑制功能置0，电压调节到最大值；
c)根据噪声的大小，将探伤仪的增益调制到最大，若噪声较大，则降低增益，使得电噪声电平降至10％满刻度，记录此时增益值，并读数为S0；
d)将直探头压在标准试块上，中间加入适当的耦合剂，保持稳定的声耦合，并移动直探头，使平底孔回波达到最大值，并在标准试块上移动直探头，将平底孔的回波高置为50％，并设为增益A，去掉探头，增加增益，使噪声电平达10％，设为增益B，灵敏度余量＝A-B，
合格判据：灵敏度余量≥55dB，校准合格；
e)调节仪器的衰减值，使平底孔回波高度降至50％满刻度，记录此时仪器的衰减值的读数为S1；
计算超声检测系统灵敏度余量(单位为dB)为：
S＝S1--S0
合格判据：S≥55dB，测试合格。
本本实施例通过增益差有效的判断出探头的灵敏度，记录的两次增益值，能够准确的计算出灵敏度余量，有效的避免了有效误差带来的灵敏度余量测量不准确的情况。
相关代码如下：
Figure BDA0003216727700000051
Figure BDA0003216727700000061
参考图3，S002：垂直线性误差测试；包括：
a)使用2.5MHz，直径为20mm直探头和声程大于50mm的标准试块；
b)连接探头，取消仪器的抑制功能；
c)将探头压在试块上，采用压块，压住探头，以保证稳定的声耦合，中间加适当耦合剂，以保持稳定的声耦合，并将平底孔的回波调至屏幕时基线的位置；
d)调整增益或探头位置，使平底孔的回波高度恰好为100％满刻度，此时增益至少达到30dB的衰减余量；
e)在垂直线性误差测试前先对其校准，在标准试块上移动直探头，将200mm深直径为2mm平底孔的回波高置为100％，增益依次减2dB，每次波高与理论的误差值得到垂直线性误差，
垂直线性＝多次记录的误差最大值
合格判据：垂直线性≤4％，校准合格；
f)以每次2dB的增量调节仪器的衰减值，每次调节后用满刻度的百分数调节回波幅度，一直继续到衰减值为26dB，测量准确度为0.1％。将测试结果列入表1.取最大正偏差d(+)与最大负偏差d(-)，则垂直线性误差△d计算公式为：
△d＝|d+|+|d-|；
合格判据：△d≤4％，测试合格。
本实施例通过以每次2dB的增量调节仪器的衰减值，并将测试结果列入表格，通过记录的数值能够形象的对垂直线性误差值的测量和计算，测量准确度达到了0.1％，准确的对垂直线性误差值实现精准测量。
表1：
Figure BDA0003216727700000071
Figure BDA0003216727700000081
相关代码如下：
Figure BDA0003216727700000082
Figure BDA0003216727700000091
参考图4，S003：水平线性测试；包括：
a)使用2.5MHz，直径为20mm直探头，将直探头置于试块上，试块可以选择CSK-1A试块等，在直探头与试块中间加适当的耦合剂，以保持稳定的声耦合，调节探伤仪的增益和扫描控制器，直到使屏幕上显示出B1、B2、B3、B4、B5和B6，6次底波；
b)对水平线性测试前先进行校准，将声程设置为试块厚度的6倍，使试块的回波在屏幕中依次出现在1，2，3，4，5，6格，依次获取6次回波位置，并计算水平线性，计算公式如下：
L误差＝|L实际-L理论|，其中，水平线性＝六次的最大误差值÷声程；
合格判据：水平线性≤1％，校准合格；
c)再将底波B1和B6的幅度分别为50％满刻度时，反复进行调整B1和B6的前沿位置，确保二者在调整中互不影响，将它们的前沿分别对准刻度0和100(设水平全刻度为100格)。
d)再依次分别将底波B2、B3、B4和B5调整到50％满刻度，并分别读数底波B2、B3、B4和B5的前沿与刻度20、40、60和80的偏差a2、a3、a4和a5(以格数计)，然后取其中最大的偏差值amax，图4中B1～B6是分别调到同一幅度，而不是同时达到此幅度。水平线性误差ΔL(以百分值计)由公式得出：
ΔL＝|αmax|％
合格判据：ΔL≤1％，测试合格。
本实施例市场上常规的水平线性测试手段一般采集的数据不精确，且需要保持相应探头位置不动，才能计算出水平线性值，本申请使试块的回波在屏幕中依次出现在1，2，3，4，5，6格，依次获取6次回波位置，并计算水平线性值，计算出的水平线性值更加的精确，且将六个回波分别调到同一幅度，而不是同时达到此幅度，计算出的水平线性误差也更加精确，且本发明设有测试前校准步骤，使得校准后的水平线性值更加的精确，更加的符合水平线性误差测试值的标准，使得在实际操作过程中有效的避免了水平线性值存在误差导致探伤仪探伤的位置不准确，无法准确的判断出“伤”的位置。
相关代码如下：
Figure BDA0003216727700000101
Figure BDA0003216727700000111
Figure BDA0003216727700000121
参考图5，S004：分辨力测试；包括：
a)使用2.5MHz、直径为20mm直探头连接探伤仪，并将探伤仪抑制置零或关闭，连接探头并置于标准试块上，移动探头使两波等高，探测声程分别为80mm到90mm反射面的任意两个反射波，
b)对分辨力测试前进行校准，在标准试块上移动直探头，当80mm到90mm任意两处的回波波峰等高，将波峰调至50％设为增益A，稳住探头后将两处波谷调至50％，设为增益B，分辨力＝A-B，合格判据：分辨力≥30dB，校准合格；
c)改变灵敏度使两次波辐同时达到满辐度的100％，然后测量波谷高度h，则该探头的分辨力R用公式：
R＝20lg(100/h)
计算，若h＝0或两波能完全分开，则取R>30dB，合格判据：R≥30dB，测量合格。
相关代码如下；
Figure BDA0003216727700000122
Figure BDA0003216727700000131
本实施例对对分辨力测试前进行校准，更加准确的判断分辨力的值，且在测试过程中，采用80mm到90mm任意两处的回波波峰等高即可，有效的解决了常规技术手段必须满足85mm和91mm固定点回波波峰等高的操作复杂性，操作更加智能化，多了许多的可选择性。
参考图6，第二方面，本发明还提供了另一技术方案一种探伤仪，外侧设有操作面板，该操作面板具有：
用于增加或减少增益梯度的增益调节键，在每次增加或减少增益时，增益调节键用于改变每次调节的幅度，在上述的测量方法中，用该增益调节键调节增益的幅度和大小；发明的探伤仪具有四个增益调节档位步长，分别为：0.2、1.5、3、4.5和8，分别表示调节步长按照0.2db、1.5db、3db、4.5db和8db进行增减，根据实际操作情况选择不同的增益调节档位步长，实现更快更准确的调节仪器的增益；
本发明的探伤仪还具有抑制功能键，用于降低杂波水平，增益与回波幅度成正比，且与衰减成反比，增益加大则回波幅度增高，衰减减小；增益减小则回波幅度降低，衰减加大，在上述的测量方法中，该抑制功能键用于连接探头后将仪器的抑制值设置为0，取消仪器的抑制功能；
本发明的探伤仪还具有调整探头频率参数的探头参数键，该按键用于查看探头频率与探头阻尼的探头参数，还用于上述测量方法中调节探头的波高参数，连接探头后，移动探头使两波等高，实现分辨力的测量。
参考图7、图8和图9，另一方面，本发明还提供了另一技术方案一种控制电路，设置于探伤仪仪器内部，耦接探伤仪的操作面板，给予灵敏度余量测试、垂直线性误差测试、水平线性测试以及分辨力测量调节增益时提供的硬件支撑，包括增益放大器、第一可编程增益放大器、第二可编程增益放大器、ADC和FPGA；所述增益放大器将输入端的超声波接收回路反射信号转换为差分增益信号输出至可编程增益放大器，能够抑制超声波信号的干扰噪声，第一可编程增益放大器和第二可编程增益放大器的增益可调节范围在-20db到30db之间，在对灵敏度余量测试、垂直线性误差测试、水平线性测试时，需要调节增益，ADC通过耦接FPGA，并把超声波反射回来的的模拟信号转换成数字信号传输给FPGA处理；
本实施例中的放大增益的动态范围可达到-30db-65db，由于第一可编程增益放大器和第二可编程增益放大器的增益可调节范围在-20db到30db之间，所以需要第一可编程增益放大器、第二可编程增益放大器对超声波反射信号进行相互合作增益放大，且使得返回的信号达到可以接受的范围，供灵敏度余量测试、垂直线性误差测试、水平线性测试使用。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种超声波探头测试方法，其特征在于，包括：
灵敏度余量测试，测试步骤为：
首先，使用2.5MHz且直径为20mm的直探头与探伤仪连接，且将探伤仪的抑制功能置0，且电压调节到最大值，并根据噪声的大小，将探伤仪的增益调制到最大，使得电噪声电平降至10％满刻度，记录此时增益值，并读数为S0；
其次，将直探头压在标准试块上，中间加入适当的耦合剂，保持稳定的声耦合，并移动直探头，使平底孔回波达到最大值，并在标准试块上移动直探头，将平底孔的回波高置为50％，并设为增益A；
然后，去掉探头增加增益，使噪声电平达10％，设为增益B，灵敏度余量＝A-B，当灵敏度余量≥55dB，则校准合格；
最后，调节仪器的衰减值，使平底孔回波高度降至50％满刻度，记录此时仪器的衰减值的读数为S1，计算超声检测系统灵敏度余量为：S＝S1--S0，若S≥55dB，则测试合格；
垂直线性误差测试，测试步骤为：
首先，使用2.5MHz，直径为20mm的直探头连接探伤仪，且取消探伤仪的抑制功能，将探头压在试块上，采用压块压住探头，以保证稳定的声耦合，且中间加适当耦合剂，以保持稳定的声耦合，并将平底孔的回波调至屏幕时基线的位置；
其次，调整增益或探头位置，使平底孔的回波高度恰好为100％满刻度，此时增益至少达到30dB的衰减余量；
然后，在垂直线性误差测试前先对其校准，在标准试块上移动直探头，将200mm深直径为2mm平底孔的回波高置为100％，增益依次减2dB，每次波高与理论的误差值得到垂直线性误差，垂直线性＝多次记录的误差最大值，当垂直线性≤4％，校准合格；
最后，以每次2dB的增量调节仪器的衰减值，每次调节后用满刻度的百分数调节回波幅度，一直继续到衰减值为26dB，测量准确度为0.1％，取最大正偏差d+与最大负偏差d-，则垂直线性误差△d计算公式为：
△d＝|d+|+|d-|，当△d≤4％，则测试合格；
水平线性测试，测试步骤为：
首先，使用2.5MHz，直径为20mm直探头，将直探头置于试块上，在直探头与试块中间加适当的耦合剂，以保持稳定的声耦合，并调节探伤仪的增益和扫描控制器，直到使屏幕上显示出6次底波：B1、B2、B3、B4、B5和B6；
其次，对水平线性测试前先进行校准，将声程设置为试块厚度的6倍，使试块的回波在屏幕中依次出现在1，2，3，4，5，6格，依次获取6次回波位置，并计算水平线性，其中，水平线性＝六次的最大误差值÷声程，当水平线性≤1％，校准合格；
计算公式为：
L误差＝|L实际-L理论|；
然后，再将底波B1和B6的幅度分别为50％满刻度时，反复进行调整B1和B6的前沿位置，确保二者在调整中互不影响，将它们的前沿分别对准刻度0和100；
最后，依次分别将底波B2、B3、B4和B5调整到50％满刻度，并分别读数底波B2、B3、B4和B5的前沿与刻度20、40、60和80的偏差a2、a3、a4和a5，然后取其中最大的偏差值，通过水平线性误差ΔL由公式得出：
ΔL＝|αmax|％；
合格判据：ΔL≤1％，测试合格；
分辨力测试；测试步骤为：
首先，使用2.5MHz、直径为20mm直探头连接探伤仪，并将探伤仪抑制置零或关闭，连接探头并置于标准试块上，移动探头使两波等高，探测声程分别为80mm到90mm反射面的任意两个反射波，
然后，对分辨力测试前进行校准，在标准试块上移动直探头，当80mm到90mm任意两处的回波波峰等高，将波峰调至50％设为增益A，稳住探头后将两处波谷调至50％，设为增益B，分辨力＝A-B，合格判据：分辨力≥30dB，校准合格；
最后，改变灵敏度使两次波辐同时达到满辐度的100％，然后测量波谷高度h，则该探头的分辨力R用公式：
R＝20lg(100/h)；
计算，当h＝0或两波能完全分开，则取R>30dB，合格判据：R≥30dB，测量合格。
2.一种探伤仪，其特征在于：设有操作面板，所述操作面板实现如权利要求1中所述的探头测试方法中的增益、抑制、探头参数的调节，所述操作面板包括：
用于增加或减少增益梯度的增益调节键，在每次增加或减少增益时，用该增益调节键调节增益的幅度和大小；
用于降低杂波水平的抑制功能键，该抑制功能键用于连接探头后将仪器的抑制值设置为0，取消仪器的抑制功能；
用于调整探头频率参数的探头参数键，该按键用于查看探头频率与探头阻尼的探头参数，还用于测量方法中调节探头的波高参数，连接探头后，移动探头使两波等高，实现分辨力的测量。
3.根据权利要求2所述的一种探伤仪，其特征在于：探伤仪还包括四个增益调节档位步长，分别为：0.2、1.5、3、4.5和8，分别表示调节步长按照0.2db、1.5db、3db、4.5db和8db进行增减，选择不同的增益调节档位步长，能够更快更准确的调节仪器的增益。
4.一种控制电路，其特征在于：设置于探伤仪仪器内部，耦接探伤仪的操作面板，实现如权利要求1中所述的探头测试方法的增益调节，包括：增益放大器、第一可编程增益放大器、第二可编程增益放大器、ADC和FPGA；
所述增益放大器将输入端的超声波接收回路反射信号转换为差分增益信号输出至可编程增益放大器，能够抑制超声波信号的干扰噪声；
所述第一可编程增益放大器和第二可编程增益放大器的增益可调节范围在-20db到30db之间，所述ADC通过耦接FPGA，并把超声波反射回来的的模拟信号转换成数字信号传输给FPGA处理。
5.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1中所述的探头测试方法的步骤。
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