趙亮

摘 要：數(shù)字超聲波探傷儀顯示器分辨率與采樣頻率直接決定了超聲波檢測(cè)儀掃描基線一屏顯示的最小范圍，并間接影響了每一像素點(diǎn)代表的毫米數(shù)即掃描基線的精度；而其分辨力是指能夠?qū)σ欢ù笮〉膬蓚€(gè)相鄰反射體提供可分離指示時(shí)兩者的最小距離。

關(guān)鍵詞：分辨率；采樣頻率；掃描基線；分辨力

中圖分類號(hào)：TG115.28 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 存在問題

針對(duì)國(guó)內(nèi)一些生產(chǎn)數(shù)字超聲波探傷儀的廠家，對(duì)有關(guān)數(shù)字超聲波儀器有關(guān)概念的模糊不清，如某型號(hào)數(shù)字超聲波探傷儀使用說(shuō)明書中的突出特點(diǎn)1、2，就存在著——

分辨率與分辨力概念模糊不清；

“測(cè)量分辨率0.1mm”與其工作頻率0.5MHz～20MHz不對(duì)應(yīng)。

2 對(duì)超聲波探傷儀有關(guān)概念問題的認(rèn)識(shí)

2.1 對(duì)數(shù)字超聲波探傷儀顯示器分辨率的認(rèn)識(shí)

顯示器的分辨率是指顯示器所能顯示的像素點(diǎn)數(shù)的多少。一塊顯示器的畫面是由若干橫向與縱向間隔相同的點(diǎn)線有序排列組成的，如一列橫向點(diǎn)線的點(diǎn)數(shù)是640點(diǎn)，一列縱向點(diǎn)線的點(diǎn)數(shù)是480點(diǎn)，這塊顯示器的“分辨率”就是640×480（共307200個(gè)點(diǎn)）。由于屏幕上的點(diǎn)、線和畫都是由點(diǎn)組成的，顯示器可顯示的點(diǎn)數(shù)越多，畫面就越精細(xì)、越清晰，響應(yīng)速率就越快。

2.2 對(duì)數(shù)字超聲波探傷儀分辨力的認(rèn)識(shí)

超聲檢測(cè)系統(tǒng)的分辨力是指能夠?qū)σ欢ù笮〉膬蓚€(gè)相鄰反射體提供可分離指示時(shí)兩者的最小距離。由于超聲脈沖自身有一定寬度，在深度方向上分辨兩個(gè)相鄰信號(hào)的能力有一個(gè)最小限度（最小距離），稱為縱向分辨力。在工件的入射面和底面附近，可分辨的缺陷和相鄰界面的距離，稱為入射面分辨力和底面分辨力，又稱上表面分辨力和下表面分辨力。實(shí)際檢測(cè)時(shí)，入射面分辨力和底面分辨力與所用的檢測(cè)靈敏度有關(guān)，檢測(cè)靈敏度高時(shí)，界面脈沖或始波寬度會(huì)增大，使得分辨力變差。探頭平移時(shí)，分辨兩個(gè)相鄰反射體的能力稱為橫向分辨力。

3 對(duì)數(shù)字超聲波探傷有關(guān)問題的分析理解

3.1 對(duì)數(shù)字式超聲波探傷儀分辨率與采樣頻率的分析理解

3.1.1 對(duì)數(shù)字式超聲波探傷儀分辨率的理解

數(shù)字超聲波探傷儀顯示器分辨率是指顯示器所能顯示的像素點(diǎn)數(shù)的多少。

針對(duì)大多數(shù)數(shù)字超聲探傷儀可知，其顯示器分辨率是640.0×480.0，即掃描列數(shù)為640.0列，行數(shù)為480.0行（大多數(shù)數(shù)字超聲探傷儀顯示器分辨率都是640.0×480.0）。每一列上有480.0個(gè)像素點(diǎn)，每一行上有640.0個(gè)像素點(diǎn)，整個(gè)屏幕是由640.0×480.0個(gè)像素點(diǎn)組成的點(diǎn)陣，這個(gè)點(diǎn)陣數(shù)就是顯示器的分辨率。

顯示器下方帶有刻度的水平線段稱作掃描基線，掃描基線相當(dāng)于尺的功能，檢測(cè)時(shí)依據(jù)缺陷反射回波在基線上出現(xiàn)的位置，確定缺陷在工件中的位置。

掃描基線形成尺的過(guò)程：就是利用檢測(cè)儀的軟件功能，將掃描基線與數(shù)字超聲探傷儀顯示器某一行像素點(diǎn)重合，將部分像素點(diǎn)作為掃描基線上的刻度，每一像素點(diǎn)代表一定的mm數(shù)，使掃描基線間接起到尺的作用。

3.1.2 數(shù)字式超聲波探傷儀分辨率的作用

根據(jù)3.1.1分析可知：

（1）顯示器分辨率直接決定了超聲波檢測(cè)儀掃描基線一屏顯示的最小范圍，并間接影響了每一像素點(diǎn)代表的毫米數(shù)即掃描基線的精度。

（2）在滿足采樣速度的前提下，應(yīng)盡量采用較低的采樣頻率，以便達(dá)到降低整機(jī)功耗的目的。盡量采用高分辨率的顯示器，以便滿足掃描基線的精度與探頭掃查速度要求。

3.2 對(duì)數(shù)字式超聲波探傷儀分辨力的分析理解

3.2.1 超聲波分辨力的概念與決定因素

超聲波檢測(cè)將分辯相鄰兩個(gè)缺陷間隔距離的能力稱作分辨力。超聲波的分辨力是由波長(zhǎng)l決定，波長(zhǎng)l=C/f，f=頻率、C=聲速。

3.2.2 對(duì)數(shù)字式超聲波探傷儀分辨力存在問題的提出

由數(shù)字超聲波探傷儀使用說(shuō)明書當(dāng)中的突出特點(diǎn)1、2可知數(shù)字超聲探傷儀，說(shuō)其“測(cè)量分辨率0.1mm，工作頻率0.5MHz～20MHz”，表述的是否正確？若不準(zhǔn)確，其“測(cè)量分辨率0.1mm，工作頻率0.5MHz～20MHz”改為“分辨力為0.1mm，工作頻率0.5MHz～20MHz”，是否就可以實(shí)現(xiàn)？如能實(shí)現(xiàn)所用探頭頻率是多少M(fèi)Hz？

3.2.3 對(duì)數(shù)字式超聲波探傷儀分辨力存在問題的分析理解

超聲波的頻率由探頭中壓電晶體的厚度決定，如果橫波聲速為3240.0m/s，壓電晶體的厚度、超聲頻率、超聲波的波長(zhǎng)、分辨力之間的關(guān)系如下：

當(dāng)晶體厚度為0.82mm、頻率為2.5MHz時(shí)，其超聲波的波長(zhǎng)約為1.3mm，其分辨力為2.2mm；當(dāng)晶體厚度為0.2mm、頻率為10.0MHz時(shí)，其超聲波的波長(zhǎng)約為0.33mm，其分辨力為0.55mm；當(dāng)晶體厚度為0.05mm、頻率為40.0MHz時(shí)，其超聲波的波長(zhǎng)約為0.09mm，其分辨力為0.15mm；當(dāng)晶體厚度為0.0125mm、頻率為160.0MHz時(shí)，其超聲波的波長(zhǎng)約為0.02mm，其分辨力為0.033mm；當(dāng)晶體厚度為0.0062mm、頻率為320.0MHz時(shí)，其超聲波的波長(zhǎng)約為0.01mm，其分辨力為0.016mm。

（1）通過(guò)以上數(shù)據(jù)不難看出，如果分辨力是0.1mm（介于表中的0.068mm～0.15mm），則波長(zhǎng)l=0.041mm～0.09mm，若要求超聲頻率為40.0MHz～80.0MHz，可是他們的儀器通頻帶范圍卻是0.5MHz～20MHz，也就是說(shuō)頻率在40.0MHz～80.0MHz的超聲信號(hào)在數(shù)字超聲波儀器中都不能夠被接收與放大的，更不要談160.0MHz、320.0MHz的超聲頻率了。

（2）壓電晶體的材質(zhì)，類似于我們所用的碗之類的一種陶瓷，想一想，若是將某一種陶瓷材料的厚度做到0.025mm～0.05mm的厚度范圍，誰(shuí)可以做到？

（3）眾所周知，CSK-IA試塊中的φ40.0mm與φ44.0mm的兩個(gè)有機(jī)玻璃孔圓弧面的用途，就是用來(lái)驗(yàn)證超聲波檢測(cè)儀與橫波斜探頭分辨力的，經(jīng)測(cè)試其φ40.0mm與φ44.0mm這兩個(gè)圓弧面反射回波間隔為4.0mm，想想看如果間隔0.1mm時(shí)這兩個(gè)反射回波還能分辨得出來(lái)嗎？

（4）超聲檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，相鄰的兩個(gè)缺陷，如果其中較小者的指示長(zhǎng)度小于間隔距離，則按一個(gè)缺陷算。那么還有必要分辨出間隔0.1mm的兩個(gè)缺陷嗎？現(xiàn)實(shí)探傷遇到這種情況難道不按一個(gè)缺陷處理嗎？

結(jié)論

我們對(duì)這款數(shù)字超聲波儀器進(jìn)行分析，認(rèn)清了數(shù)字超聲波儀器的分辨率與分辨力的相關(guān)概念與正確認(rèn)識(shí)；了解了顯示器分辨率直接決定的是超聲波檢測(cè)儀掃描基線一屏顯示的最小范圍，并可間接影響每一像素點(diǎn)代表的毫米數(shù)即掃描基線的精度；明確了分辨力與工作頻率之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；更重要的是，通過(guò)對(duì)數(shù)字超聲波儀器的探討分析，我們對(duì)其有了正確認(rèn)識(shí)，在今后的工作當(dāng)中，既避免了對(duì)某些概念性東西的混淆，也避免了不必要的失誤。

參考文獻(xiàn)

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